KR20130130879A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
안정된 전기 특성을 갖는 산화물 반도체를 이용한 박막 트랜지스터를 갖는 신뢰성이 높은 반도체 장치의 제작 방법의 제공을 하나의 목적으로 한다. 절연 표면위에 있어서, 게이트 절연막을 사이에 두고 게이트 전극 위에 산화물 반도체막을 형성하고, 산화물 반도체막 위에 티타늄, 몰리브덴 또는 텅스텐을 포함하는 제 1 도전막을 형성하고, 제 1 도전막 위에 전기음성도가 수소보다 낮은 금속을 포함하는 제 2 도전막을 형성하고, 제 1 도전막 및 제 2 도전막을 에칭함으로써 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하고, 산화물 반도체막, 소스 전극 및 드레인 전극 위에 산화물 반도체막과 접하는 절연막을 형성하는 반도체 장치의 제작 방법이다.It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a highly reliable semiconductor device having a thin film transistor using an oxide semiconductor having stable electric characteristics. Forming an oxide semiconductor film on the gate electrode with a gate insulating film interposed therebetween, forming a first conductive film including titanium, molybdenum or tungsten on the oxide semiconductor film, and forming a first conductive film having electronegativity above hydrogen A source electrode and a drain electrode are formed by etching the first conductive film and the second conductive film to form an insulating film in contact with the oxide semiconductor film on the oxide semiconductor film, the source electrode, and the drain electrode, And a semiconductor device.
Description
본 발명은 산화물 반도체를 포함하는 반도체 장치 및 그 제작방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device comprising an oxide semiconductor and a method of manufacturing the same.
절연 표면 위에 형성되는 반도체막을 이용한 박막 트랜지스터는 반도체 장치에 있어 필요 불가결한 반도체 소자이다. 박막 트랜지스터의 제조에는 기판의 내열온도라고 하는 제약이 있기 때문에, 비교적 저온에서의 성막이 가능한 아몰퍼스 실리콘, 레이저광 또는 촉매 원소를 이용한 결정화에 의해 얻어지는 폴리실리콘 등을 활성층으로 갖는 박막 트랜지스터가 반도체 표시장치에 이용되는 트랜지스터의 주류가 되었다.A thin film transistor using a semiconductor film formed on an insulating surface is an indispensable semiconductor element in a semiconductor device. Since the manufacturing of the thin film transistor is limited by the heat resistance temperature of the substrate, the thin film transistor having the active layer of amorphous silicon capable of film formation at a relatively low temperature, the laser light, or polysilicon obtained by crystallization using the catalytic element, The mainstream of the transistor used in the first embodiment.
최근에는 폴리실리콘에 의해 얻어지는 높은 이동도와, 아몰퍼스 실리콘에 의해 얻어지는 균일한 소자 특성을 겸비한 새로운 반도체 재료로서, 산화물 반도체라 불리는 반도체 특성을 나타내는 금속 산화물이 주목을 받고 있다. 금속 산화물은 다양한 용도로 이용되고 있으며, 예를 들어, 잘 알려져 있는 금속 산화물인 산화 인듐은 액정표시장치 등에서 투명 전극 재료로서 이용되고 있다. 반도체 특성을 나타내는 금속 산화물로서는, 예를 들어, 산화 텅스텐, 산화 주석, 산화 인듐, 산화 아연 등이 있으며, 이와 같은 반도체 특성을 나타내는 금속 산화물을 채널 형성 영역에 이용하는 박막 트랜지스터가 이미 알려져 있다(특허문헌 1 및 2).In recent years, as a new semiconductor material having high mobility obtained by polysilicon and uniform device characteristics obtained by amorphous silicon, a metal oxide exhibiting semiconductor characteristics called an oxide semiconductor has attracted attention. Metal oxides are used in various applications. For example, indium oxide, which is a well-known metal oxide, is used as a transparent electrode material in liquid crystal displays and the like. Examples of the metal oxide exhibiting semiconductor characteristics include tungsten oxide, tin oxide, indium oxide, zinc oxide, and the like, and thin film transistors using a metal oxide exhibiting such semiconductor characteristics in a channel formation region have been known (patent document). 1 and 2).
반도체 장치에 이용되는 트랜지스터는 경시 열화에 의한 문턱값 전압의 편차가 작은 것, 또한 온 전류 등의 특성이 양호한 것이 바람직하다. 경시 열화에 의한 문턱값 전압의 편차가 작은 트랜지스터를 이용함으로써, 반도체 장치의 신뢰성을 높일 수 있고, 또한 온 전류 등의 특성이 양호한 트랜지스터를 이용함으로써, 반도체 장치를 보다 높은 주파수로 구동시키는 것이 가능해진다.It is preferable that the transistor used in the semiconductor device has a small deviation of the threshold voltage due to deterioration with time and that the characteristics such as on current are good. The reliability of the semiconductor device can be increased by using a transistor having a small deviation of the threshold voltage due to aged deterioration and the semiconductor device can be driven at a higher frequency by using a transistor having good characteristics such as on current .
본 발명은 신뢰성이 높은 반도체 장치의 제작 방법의 제공을 하나의 목적으로 한다. 또는, 본 발명은 고속 구동이 가능한 반도체 장치의 제작 방법의 제공을 하나의 목적으로 한다. 또는, 본 발명은 신뢰성이 높은 반도체 장치의 제공을 하나의 목적으로 한다. 또는, 본 발명은 고속 구동이 가능한 반도체 장치의 제공을 하나의 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a highly reliable semiconductor device. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of high speed driving. Another object of the present invention is to provide a highly reliable semiconductor device. Another object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of high speed driving.
본 발명자들은 산화물 반도체막 내에 존재하는 수소, 물 등의 불순물이 문턱값 전압의 시프트 등의 경시 열화를 트랜지스터에 초래하는 요인인 점에 주목했다. 그리고 전기음성도가 낮은 금속, 구체적으로는 수소보다 전기음성도가 낮은 금속을 이용한 도전막을 소스 전극, 드레인 전극용의 도전막으로서 이용하고, 산화물 반도체막 위 또는 아래에 형성함으로써, 산화물 반도체막 내에 존재하는 수소, 물 등의 불순물이 상기 도전막으로 추출되어, 산화물 반도체막의 순도가 높아지고, 그 결과 수소, 물 등의 불순물에 기인하는 트랜지스터의 경시 열화가 억제되는 것은 아닌지 생각했다. 상기 도전막을 에칭 등으로 원하는 형상으로 가공함으로써, 소스 전극, 드레인 전극을 형성할 수 있다.The present inventors have noted that impurities such as hydrogen and water present in the oxide semiconductor film cause degradation of the transistor with time such as shift of the threshold voltage. A conductive film using a metal having a low electronegativity, specifically a metal having a lower electronegativity than hydrogen, is used as a conductive film for a source electrode and a drain electrode, and formed on or below the oxide semiconductor film, Impurities such as hydrogen and water present are extracted into the conductive film to increase the purity of the oxide semiconductor film. As a result, it has been considered that deterioration with time of transistors due to impurities such as hydrogen and water is suppressed. By forming the conductive film into a desired shape by etching or the like, the source electrode and the drain electrode can be formed.
구체적으로 본 발명의 일 양상으로는, 산화물 반도체막을 활성층으로 이용한 트랜지스터를 갖는 반도체 장치의 제작에 있어서, 산화물 반도체막과의 접촉 저항이 낮은 티타늄, 텅스텐 또는 몰리브덴 등의 금속재료를 이용한 제 1 도전막을 산화물 반도체막에 접하도록 형성한다. 또한, 상기 제 1 도전막을 사이에 두고, 상기 산화물 반도체막과 중첩되도록 전기음성도가 낮은 금속, 금속 화합물 또는 합금을 이용한 제 2 도전막을 형성한다. 그리고 상기 제 1 도전막 및 제 2 도전막을 에칭 등에 의해 원하는 형상으로 가공함으로써, 소스 전극과 드레인 전극을 형성한다.Specifically, in one aspect of the present invention, in manufacturing a semiconductor device having a transistor using an oxide semiconductor film as an active layer, a first conductive film made of a metal material such as titanium, tungsten, or molybdenum having a low contact resistance with the oxide semiconductor film So as to be in contact with the oxide semiconductor film. A second conductive film using a metal, a metal compound, or an alloy having a low electronegativity so as to overlap with the oxide semiconductor film is formed with the first conductive film interposed therebetween. Then, the first conductive film and the second conductive film are processed into a desired shape by etching or the like, thereby forming a source electrode and a drain electrode.
혹은, 상기 제 1 도전막을 산화물 반도체막에 접하도록 형성하고, 상기 제 1 도전막을 사이에 두고 상기 산화물 반도체막과 중첩되도록 상기 제 2 도전막을 형성한 후, 제 2 도전막을 에칭에 의해 제거한다. 이 경우, 제 2 도전막을 제거한 후, 전기음성도가 낮은 금속, 금속 화합물 또는 합금을 이용한 제 3 도전막을 제 1 도전막을 사이에 두고 산화물 반도체막과 중첩되도록 새롭게 형성한다. 그리고 상기 제 1 도전막 및 제 3 도전막을 에칭 등에 의해 원하는 형상으로 가공함으로써 소스 전극과 드레인 전극을 형성한다.Alternatively, the first conductive film is formed so as to be in contact with the oxide semiconductor film, the second conductive film is formed so as to overlap the oxide semiconductor film with the first conductive film interposed therebetween, and then the second conductive film is removed by etching. In this case, after removing the second conductive film, a third conductive film using a metal, a metal compound, or an alloy having a low electronegativity is newly formed so as to overlap the oxide semiconductor film with the first conductive film therebetween. Then, the first conductive film and the third conductive film are processed into a desired shape by etching or the like to form a source electrode and a drain electrode.
혹은, 상기 제 1 도전막을 산화물 반도체막에 접하도록 형성하고, 상기 제 1 도전막을 사이에 두고 상기 산화물 반도체막과 중첩되도록 상기 제 2 도전막을 형성한 후, 제 2 도전막을 에칭에 의해 제거한다. 계속해서, 제 2 도전막을 제거한 후, 전기음성도가 낮은 금속, 금속 화합물 또는 합금을 이용한 제 3 도전막을 제 1 도전막을 사이에 두고 산화물 반도체막과 중첩되도록 형성한다. 나아가, 제 3 도전막 위에 산화물 반도체막과의 접촉 저항이 낮은 티타늄, 텅스텐 또는 몰리브덴 등의 금속재료를 이용한 제 4 도전막을 산화물 반도체막과 중첩되도록 형성한다. 아울러, 이 경우, 산화물 반도체막과의 접촉 저항이 낮은 티타늄, 텅스텐 또는 몰리브덴 등의 금속재료를 이용한 제 5 도전막을 제 1 도전막과 제 3 도전막의 사이에 형성해 둘 수도 있다. 그리고 상기 제 1 도전막, 제 3 도전막 및 제 4 도전막을, 혹은 제 1 도전막, 제 3 도전막, 제 4 도전막 및 제 5 도전막을 에칭 등에 의해 원하는 형상으로 가공함으로써 소스 전극과 드레인 전극을 형성한다.Alternatively, the first conductive film is formed so as to be in contact with the oxide semiconductor film, the second conductive film is formed so as to overlap the oxide semiconductor film with the first conductive film interposed therebetween, and then the second conductive film is removed by etching. Subsequently, after removing the second conductive film, a third conductive film using a metal, a metal compound, or an alloy having a low electronegativity is formed so as to overlap the oxide semiconductor film with the first conductive film interposed therebetween. Furthermore, a fourth conductive film using a metal material such as titanium, tungsten, or molybdenum having a low contact resistance with the oxide semiconductor film is formed on the third conductive film so as to overlap with the oxide semiconductor film. In this case, a fifth conductive film using a metal material such as titanium, tungsten, or molybdenum having a low contact resistance with the oxide semiconductor film may be formed between the first conductive film and the third conductive film. Then, the first conductive film, the third conductive film, and the fourth conductive film, or the first conductive film, the third conductive film, the fourth conductive film, and the fifth conductive film are processed into a desired shape by etching or the like, .
본 발명의 일 양상으로는, 소스 전극과 드레인 전극을 구성하고 있는 제 1 도전막에 산화물 반도체막과의 접촉 저항이 낮은 금속재료를 이용하고 있으며, 또한 산화물 반도체막과 접하고 있으므로, 소스 전극 또는 드레인 전극과 산화물 반도체막과의 사이에서의 접촉 저항이 저감된다. 따라서, TFT의 온 전류 및 전계 효과 이동도를 높일 수 있다. 또한, 제 2 도전막, 제 3 도전막은 전기음성도가 낮은 금속, 금속 화합물 또는 합금을 이용하고 있으므로, 산화물 반도체막 내, 게이트 절연막 내, 혹은, 산화물 반도체막과 다른 절연막의 계면과 그 근방에 존재하는 수분, 또는 수소 등의 불순물이 제 2 도전막, 제 3 도전막에 흡장 혹은 흡착된다. 따라서, 수분, 수소 등의 불순물의 탈리에 의해, i형(진성 반도체) 또는 i형에 한없이 가까운 산화물 반도체를 얻을 수 있으며, 상기 불순물에 의해 문턱값 전압이 시프트하는 등의 트랜지스터의 특성의 열화가 촉진되는 것을 방지하여, 오프 전류를 저감시킬 수 있다.In one aspect of the present invention, a metal material having a low contact resistance with the oxide semiconductor film is used for the first conductive film constituting the source electrode and the drain electrode, and since the metal material is in contact with the oxide semiconductor film, The contact resistance between the electrode and the oxide semiconductor film is reduced. Therefore, the ON current and the field effect mobility of the TFT can be increased. Further, since the second conductive film and the third conductive film use a metal, a metal compound, or an alloy having a low electronegativity, the oxide semiconductor film, the gate insulating film, or the oxide semiconductor film, Impurities such as water or hydrogen present are occluded or adsorbed in the second conductive film and the third conductive film. Therefore, it is possible to obtain oxide semiconductors which are infinitely close to i-type (intrinsic semiconductor) or i-type due to desorption of impurities such as moisture and hydrogen, and deterioration of transistor characteristics such as shifting of threshold voltage by the impurities And the off current can be reduced.
전기음성도가 낮은 금속으로서, 알루미늄, 마그네슘 등을 들 수 있다. 상기 금속 중 어느 하나 또는 복수를 포함하는 혼합물, 금속 화합물 또는 합금을 제 2 도전막, 제 3 도전막으로서 이용할 수 있다. 또한, 티타늄, 탄탈, 텅스텐, 몰리브덴, 크롬, 네오디뮴, 스칸듐으로부터 선택된 원소, 또는 상기 원소를 하나 또는 복수 성분으로서 포함하는 합금, 또는 상기 원소를 성분으로서 포함하는 질화물 등의 내열성 도전성 재료를 알루미늄에 조합하여 제 2 도전막, 제 3 도전막으로서 이용할 수도 있다.Examples of metals having low electronegativity include aluminum and magnesium. A mixture, a metal compound, or an alloy containing any one or more of the metals may be used as the second conductive film and the third conductive film. Further, a heat-resistant conductive material such as an alloy containing titanium, tantalum, tungsten, molybdenum, chromium, neodymium, or scandium or an alloy containing one or more of the above elements as a component, The second conductive film, and the third conductive film.
또한, 산화물 반도체막과의 접촉 저항이 낮은 상기 금속 중 티타늄은 전기음성도가 수소보다 낮기 때문에, 수분, 또는 수소 등의 불순물을 산화물 반도체막으로부터 추출하기 쉽다. 따라서, 티타늄을 상기 제 1 도전막, 제 4 도전막, 제 5 도전막에 이용함으로써, 보다 산화물 반도체막 내의 불순물을 저감할 수 있으며, 또한 산화물 반도체막과의 접촉 저항이 낮은 소스 전극 또는 드레인 전극을 형성하는 것이 가능해진다.In addition, since titanium in the metal having a low contact resistance with the oxide semiconductor film has electronegativity lower than hydrogen, impurities such as moisture or hydrogen can be easily extracted from the oxide semiconductor film. Therefore, by using titanium for the first conductive film, the fourth conductive film, and the fifth conductive film, impurities in the oxide semiconductor film can be further reduced, and a source electrode or a drain electrode having a low contact resistance with the oxide semiconductor film Can be formed.
또한, 상기 구성에 부가하여, 제 2 도전막, 제 3 도전막 혹은 제 4 도전막이 노출된 상태로 감압 분위기하, 불활성 가스 분위기하에서 가열 처리를 수행하여, 제 2 도전막, 제 3 도전막 혹은 제 4 도전막의 표면이나 내부에 흡착되어 있는 수분이나 산소 등을 제거하도록 할 수도 있다. 가열 처리의 온도 범위는 200℃ 내지 450℃로 한다. 상기 가열 처리를 수행함으로써, 산화물 반도체막 내, 게이트 절연막 내, 혹은 산화물 반도체막과 다른 절연막의 계면과 그 근방에 존재하는 수분 또는 수소 등의 불순물이 제 2 도전막, 제 3 도전막 혹은 제 4 도전막에 의해 흡장 혹은 흡착되기 쉽게 할 수 있다.In addition to the above structure, the second conductive film, the third conductive film, or the fourth conductive film may be subjected to a heat treatment in an atmosphere of reduced pressure under an inert gas atmosphere in a state in which the second conductive film, the third conductive film, Moisture or oxygen adsorbed on the surface or inside of the fourth conductive film may be removed. The temperature range of the heat treatment is 200 占 폚 to 450 占 폚. By performing the heat treatment, impurities such as water or hydrogen existing in the oxide semiconductor film, in the gate insulating film, or at the interface between the oxide semiconductor film and the other insulating film and in the vicinity thereof are exposed to the second conductive film, It can be easily absorbed or adsorbed by the conductive film.
소스 전극과 드레인 전극을 형성한 후에는 소스 전극, 드레인 전극 및 산화물 반도체막을 덮도록 단층의 절연막을 혹은 복수의 적층된 절연막을 형성할 수도 있다. 상기 절연막에는 배리어성이 높은 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 배리어성이 높은 절연막으로서, 질화 규소막, 질화산화 규소막, 질화 알루미늄막, 또는 질화산화 알루미늄막 등을 이용할 수 있다. 복수의 적층된 절연막을 이용하는 경우, 상기 배리어성이 높은 절연막보다, 포함되는 질소의 비율이 낮은 산화 규소막, 산화질화 규소막 등의 절연막을 산화물 반도체막에 가까운 측에 형성한다. 그리고 질소의 비율이 낮은 절연막을 사이에 두고 소스 전극, 드레인 전극 및 산화물 반도체막과 중첩되도록 배리어성을 갖는 절연막을 형성한다. 배리어성을 갖는 절연막을 이용함으로써, 도전막의 표면이나 내부에 산소가 흡착하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 산화물 반도체막 내, 게이트 절연막 내, 혹은 산화물 반도체막과 다른 절연막의 계면과 그 근방에 수분 또는 수소 등의 불순물이 들어가는 것을 방지할 수 있다.After forming the source electrode and the drain electrode, a single-layer insulating film or a plurality of stacked insulating films may be formed so as to cover the source electrode, the drain electrode, and the oxide semiconductor film. It is preferable to use a material having high barrier properties for the insulating film. For example, as the insulating film having a high barrier property, a silicon nitride film, a silicon nitride oxide film, an aluminum nitride film, an aluminum nitride oxide film, or the like can be used. When a plurality of stacked insulating films are used, an insulating film such as a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, or the like having a low nitrogen ratio is formed closer to the oxide semiconductor film than the insulating film having a high barrier property. An insulating film having a barrier property is formed so as to overlap the source electrode, the drain electrode, and the oxide semiconductor film with an insulating film having a low nitrogen ratio interposed therebetween. By using an insulating film having barrier properties, it is possible to prevent oxygen from being adsorbed on the surface or inside of the conductive film. It is also possible to prevent impurities such as moisture or hydrogen from entering the oxide semiconductor film, the gate insulating film, or the interface between the oxide semiconductor film and another insulating film and its vicinity.
또한, 게이트 전극과 산화물 반도체막의 사이에, 배리어성이 높은 재료를 이용한 절연막과, 포함되는 질소의 비율이 낮은 산화 규소막, 산화질화 규소막 등의 절연막을 적층시킨 구조를 갖는 게이트 절연막을 형성할 수도 있다. 산화 규소막, 산화질화 규소막 등의 절연막은 배리어성을 갖는 절연막과 산화물 반도체막의 사이에 형성한다. 배리어성을 갖는 절연막을 이용함으로써, 수분 또는 수소 등의 분위기 내 불순물, 혹은 기판 내에 포함되는 알칼리 금속, 중금속 등의 불순물이 산화물 반도체막 내, 게이트 절연막 내, 혹은 산화물 반도체막과 다른 절연막의 계면과 그 근방에 들어가는 것을 방지할 수 있다.A gate insulating film having a structure in which an insulating film using a material having a high barrier property and an insulating film such as a silicon oxide film or a silicon oxynitride film having a low nitrogen content are stacked is formed between the gate electrode and the oxide semiconductor film It is possible. An insulating film such as a silicon oxide film or a silicon oxynitride film is formed between the insulating film having barrier properties and the oxide semiconductor film. Impurities in the atmosphere such as water or hydrogen or impurities such as alkali metals and heavy metals contained in the substrate are prevented from being contained in the oxide semiconductor film and in the gate insulating film or between the oxide semiconductor film and another insulating film It can be prevented from entering the vicinity thereof.
나아가, 산화물 반도체막 내의 수분, 또는 수소 등의 불순물을 저감하기 위해서, 산화물 반도체막을 형성한 후, 산화물 반도체막이 노출된 상태로 질소 또는 희가스(아르곤, 헬륨 등)의 불활성 기체 분위기하에서 가열 처리를 수행한다. 상기 가열 처리의 온도 범위는 500℃ 이상 750℃ 이하(또는 유리 기판의 왜곡점 이하의 온도)로 수행하는 것이 바람직하다. 또한, 이 가열 처리는 이용하는 기판의 내열 온도를 넘지 않는 것으로 한다.Furthermore, in order to reduce water or impurities such as hydrogen in the oxide semiconductor film, after the oxide semiconductor film is formed, heat treatment is performed in an inert gas atmosphere of nitrogen or a rare gas (such as argon or helium) in a state in which the oxide semiconductor film is exposed do. The temperature range of the heat treatment is preferably 500 ° C or more and 750 ° C or less (or a temperature lower than the strain point of the glass substrate). It should be noted that this heat treatment does not exceed the heat resistant temperature of the substrate to be used.
또한, 산화물 반도체는 4원계 금속 산화물인 In-Sn-Ga-Zn-O계 산화물 반도체나, 3원계 금속 산화물인 In-Ga-Zn-O계 산화물 반도체, In-Sn-Zn-O계 산화물 반도체, In-Al-Zn-O계 산화물 반도체, Sn-Ga-Zn-O계 산화물 반도체, Al-Ga-Zn-O계 산화물 반도체, Sn-Al-Zn-O계 산화물 반도체나, 2원계 금속 산화물인 In-Zn-O계 산화물 반도체, Sn-Zn-O계 산화물 반도체, Al-Zn-O계 산화물 반도체, Zn-Mg-O계 산화물 반도체, Sn-Mg-O계 산화물 반도체, In-Mg-O계 산화물 반도체, In-Ga-O계 산화물 반도체나, In-O계 산화물 반도체, Sn-O계 산화물 반도체, Zn-O계 산화물 반도체 등을 이용할 수 있다. 아울러, 본 명세서에 있어서는, 예를 들어, In-Sn-Ga-Zn-O계 산화물 반도체란, 인듐(In), 주석(Sn), 갈륨(Ga), 아연(Zn)을 갖는 금속 산화물이라는 의미이며, 그 조성비는 특별히 문제시하지 않는다. 또한, 상기 산화물 반도체는 규소를 포함하고 있을 수도 있다.The oxide semiconductor may be an In-Sn-Zn-O-based oxide semiconductor which is a quaternary metal oxide, an In-Ga-Zn-O-based oxide semiconductor which is a ternary metal oxide, Al-Zn-O-based oxide semiconductors, Sn-Al-Zn-O-based oxide semiconductors, Al-Zn-O-based oxide semiconductors, Mg-O based oxide semiconductor, Sn-Zn-O based oxide semiconductor, Sn-Zn-O based oxide semiconductor, Al-Zn-O based oxide semiconductor, O-based oxide semiconductors, In-O-based oxide semiconductors, Sn-O-based oxide semiconductors, and Zn-O-based oxide semiconductors. In the present specification, for example, the In-Sn-Ga-Zn-O-based oxide semiconductor means a metal oxide having indium (In), tin (Sn), gallium (Ga) , And the composition ratio does not particularly concern. Further, the oxide semiconductor may contain silicon.
혹은, 산화물 반도체는 화학식 InMO3(ZnO)m(m>0)으로 표기할 수 있다. 여기서, M은 Ga, Al, Mn 및 Co로부터 선택된 하나 또는 복수의 금속 원소를 나타낸다.Alternatively, the oxide semiconductor may be represented by the formula InMO 3 (ZnO) m (m > 0). Here, M represents one or a plurality of metal elements selected from Ga, Al, Mn and Co.
아울러, 산화물 반도체막은 가열 처리에 의해 수분 등의 불순물이 탈리함으로써, 캐리어 농도가 높아져 저저항화된다. 그 후, 저저항화된 산화물 반도체막에 접하도록 산화 규소, 산화질화 규소 등의 절연막을 형성하면, 저저항화된 산화물 반도체막의 적어도 상기 절연막과 접하는 영역에 산소가 공여되므로, 캐리어 농도가 낮아지고(바람직하게는 1×1018/㎤ 미만, 더 바람직하게는 1×1014/㎤ 이하), 고저항화된다. 이와 같이, 반도체 장치의 프로세스 중, 산화 규소, 산화질화 규소 등의 절연막의 형성 등에 의해, 산화물 반도체막의 캐리어 농도와 저항을 제어할 수 있으므로, 전기 특성이 양호하며 신뢰성이 좋은 박막 트랜지스터를 갖는 반도체 장치를 제작하고, 제공하는 것이 가능해진다.In addition, impurities such as moisture are removed from the oxide semiconductor film by the heat treatment, so that the carrier concentration becomes high and the resistance becomes low. Thereafter, when an insulating film such as silicon oxide or silicon oxynitride is formed so as to contact the low resistance oxide semiconductor film, oxygen is supplied to at least a region in contact with the insulating film of the low resistance oxide semiconductor film, (preferably less than 1 × 10 18 / ㎤, more preferably from 1 × 10 14 / ㎤ or less), the high resistance is screen. As described above, since the carrier concentration and resistance of the oxide semiconductor film can be controlled by formation of an insulating film such as silicon oxide or silicon oxynitride in the process of the semiconductor device, a semiconductor device having a thin film transistor having good electric characteristics and high reliability It is possible to produce and provide the information.
또한, 트랜지스터는 보텀 게이트형일 수도 있고, 탑 게이트형일 수도 있고, 보텀 콘택트형일 수도 있다. 보텀 게이트형 트랜지스터는 절연 표면 상의 게이트 전극과, 게이트 전극 상의 게이트 절연막과, 게이트 절연막 위에서 게이트 전극과 중첩되는 산화물 반도체막과, 산화물 반도체막 상의 소스 전극, 드레인 전극과, 소스 전극, 드레인 전극 및 산화물 반도체막 상의 절연막을 갖는다. 탑 게이트형 트랜지스터는 절연 표면 상의 산화물 반도체막과, 산화물 반도체막 상의 게이트 절연막과, 게이트 절연막 위에서 산화물 반도체막과 중첩되고, 또한 도전막으로서 기능하는 게이트 전극과, 드레인 전극과, 소스 전극, 드레인 전극 및 산화물 반도체막 상의 절연막을 갖는다. 보텀 콘택트형 트랜지스터는 절연 표면 상의 게이트 전극과, 게이트 전극 상의 게이트 절연막과, 게이트 절연막 상의 소스 전극, 드레인 전극과, 소스 전극, 드레인 전극 위에 있고, 또한 게이트 절연막 위에서 게이트 전극과 중첩되는 산화물 반도체막과, 소스 전극, 드레인 전극 및 산화물 반도체막 상의 절연막을 갖는다.In addition, the transistor may be a bottom gate type, a top gate type, or a bottom contact type. The bottom-gate type transistor includes a gate electrode on an insulating surface, a gate insulating film on the gate electrode, an oxide semiconductor film overlying the gate electrode on the gate insulating film, a source electrode and a drain electrode on the oxide semiconductor film, And an insulating film on the semiconductor film. The top gate type transistor includes an oxide semiconductor film on an insulating surface, a gate insulating film on the oxide semiconductor film, a gate electrode overlapping the oxide semiconductor film on the gate insulating film and serving also as a conductive film, a drain electrode, And an insulating film on the oxide semiconductor film. The bottom contact type transistor includes a gate electrode on the insulating surface, a gate insulating film on the gate electrode, a source electrode, a drain electrode on the gate insulating film, an oxide semiconductor film overlying the gate electrode over the gate insulating film, , A source electrode, a drain electrode, and an insulating film on the oxide semiconductor film.
가열 처리는 로에서의 열처리, 또는 래피드 써멀 어닐법(RTA법)을 이용한다. RTA법은 램프 광원을 이용하는 방법과 가열된 가스 속에 기판을 이동시켜 단시간의 열처리를 수행하는 방법이 있다. RTA법을 이용하면 열처리에 필요로 하는 시간을 0.1 시간보다 단시간으로 할 수도 있다. 단, 기판으로서 유리 기판을 이용하는 경우는, 300℃ 이상이면서 또한 유리 기판의 왜곡점 이하의 온도의 가열 처리로 한다.The heat treatment uses a heat treatment in a furnace or a rapid thermal annealing method (RTA method). The RTA method includes a method using a lamp light source and a method of performing a heat treatment for a short time by moving a substrate in a heated gas. Using the RTA method, the time required for heat treatment can be shorter than 0.1 hour. However, when using a glass substrate as a board | substrate, it is set as heat processing of the temperature below 300 degreeC and the distortion point of a glass substrate.
신뢰성이 높은 반도체 장치의 제작 방법을 제공할 수 있다. 또한, 고속 구동이 가능한 반도체 장치의 제작 방법을 제공할 수 있다. 또한, 신뢰성이 높은 반도체 장치를 제공할 수 있다. 또한, 고속 구동이 가능한 반도체 장치를 제공할 수 있다.The manufacturing method of a highly reliable semiconductor device can be provided. Moreover, the manufacturing method of the semiconductor device which can drive at high speed can be provided. In addition, a highly reliable semiconductor device can be provided. Further, a semiconductor device capable of high speed driving can be provided.
도 1(A) 내지 도 1(E)는 반도체 장치의 제작 방법을 나타내는 도이다.
도 2는 박막 트랜지스터의 상면도이다.
도 3(A) 및 도 3(B)는 박막 트랜지스터의 단면도 및 상면도이다.
도 4(A) 내지 도 4(D)는 반도체 장치의 제작 방법을 나타내는 도이다.
도 5(A) 내지 도 5(D)는 반도체 장치의 제작 방법을 나타내는 도이다.
도 6(A) 내지 도 6(D)는 반도체 장치의 제작 방법을 나타내는 도이다.
도 7(A) 내지 도 7(E)는 박막 트랜지스터의 단면도이다.
도 8은 박막 트랜지스터의 상면도이다.
도 9(A) 및 도 9(B)는 박막 트랜지스터의 단면도 및 상면도이다.
도 10(A) 내지 도 10(E)는 박막 트랜지스터의 단면도이다.
도 11은 박막 트랜지스터의 상면도이다.
도 12(A) 내지 도 12(C)는 반도체 장치의 제작 방법을 나타내는 단면도이다.
도 13(A) 및 도 13(B)는 반도체 장치의 제작 방법을 나타내는 단면도이다.
도 14(A) 및 도 14(B)는 반도체 장치의 제작 방법을 나타내는 단면도이다.
도 15는 반도체 장치의 제작 방법을 나타내는 상면도이다.
도 16은 반도체 장치의 제작 방법을 나타내는 상면도이다.
도 17은 반도체 장치의 제작 방법을 나타내는 상면도이다.
도 18(A)는 전자 페이퍼의 상면도 및 도 18(B)는 전자 페이퍼의 단면도이다.단면도이다.
도 19(A) 및 도 19(B)는 반도체 표시장치의 블럭도이다.
도 20(A)는 신호선 구동회로의 구성을 설명하는 도이고 도 20(B)는 타이밍차트이다.
도 21(A) 및 도 21(B)는 시프트 레지스터의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 22는 시프트 레지스터의 동작을 설명하는 타이밍 차트이다.
도 23은 액정표시장치의 단면도이다.
도 24는 액정표시장치의 모듈의 구성을 나타내는 도이다.
도 25(A) 내지 도 25(C)는 발광장치의 단면도이다.
도 26(A) 내지 도 26(E)는 반도체 장치를 이용한 전자기기의 도이다.
도 27은 산화물 반도체를 이용한 역스태거형 박막 트랜지스터의 종단면도이다.
도 28(A) 및 도 28(B)는 도 27에 나타내는 A-A' 단면에 있어서의 에너지 밴드도(모식도)이다.
도 29(A)는 게이트(G1)에 양의 전위(+VG)가 인가된 상태를 나타내고, 도 29(B)는 게이트(G1)에 음의 전위(-VG)가 인가된 상태를 나타내는 도이다.
도 30은 진공 준위와 금속의 일함수(φM), 산화물 반도체의 전자 친화력(χ)의 관계를 나타내는 도이다.1 (A) to 1 (E) illustrate a method of manufacturing a semiconductor device.
2 is a top view of a thin film transistor.
3 (A) and 3 (B) are a sectional view and a top view of the thin film transistor.
4 (A) to 4 (D) are diagrams showing a method of manufacturing a semiconductor device.
5 (A) to 5 (D) illustrate a method of manufacturing a semiconductor device.
6 (A) to 6 (D) are diagrams showing a method of manufacturing a semiconductor device.
7 (A) to 7 (E) are sectional views of a thin film transistor.
8 is a top view of the thin film transistor.
9 (A) and 9 (B) are a sectional view and a top view of the thin film transistor.
10 (A) to 10 (E) are sectional views of the thin film transistor.
11 is a top view of a thin film transistor.
12 (A) to 12 (C) are cross-sectional views showing a manufacturing method of a semiconductor device.
13A and 13B are cross-sectional views showing a method of manufacturing a semiconductor device.
14 (A) and 14 (B) are cross-sectional views showing a method of manufacturing a semiconductor device.
15 is a top view showing a manufacturing method of a semiconductor device.
16 is a top view showing a manufacturing method of a semiconductor device.
17 is a top view showing a manufacturing method of a semiconductor device.
Fig. 18 (A) is a top view of the electronic paper and Fig. 18 (B) is a sectional view of the electronic paper.
19 (A) and 19 (B) are block diagrams of a semiconductor display device.
Fig. 20A is a diagram for explaining the configuration of the signal line driver circuit, and Fig. 20B is a timing chart.
21 (A) and 21 (B) are circuit diagrams showing the configuration of a shift register.
22 is a timing chart for explaining the operation of the shift register.
23 is a sectional view of the liquid crystal display device.
24 is a diagram showing a configuration of a module of a liquid crystal display device.
25 (A) to 25 (C) are sectional views of a light emitting device.
26A to 26E are diagrams of electronic devices using a semiconductor device.
27 is a longitudinal sectional view of a reverse stagger type thin film transistor using an oxide semiconductor.
Fig. 28 (A) and Fig. 28 (B) are energy band diagrams (schematic diagrams) on the AA 'cross section shown in Fig.
29A shows a state in which a positive potential (+ VG) is applied to the gate G1 and FIG. 29B shows a state in which a negative potential (-VG) is applied to the gate G1 to be.
30 is a diagram showing the relationship between the vacuum level and the work function? M of the metal and the electron affinity (?) Of the oxide semiconductor.
이하에서는, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 이용하여 상세하게 설명한다. 단, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않으며, 본 발명의 취지 및 그 범위를 벗어나지 않고 그 형태 및 상세를 다양하게 변경할 수 있음은 당업자라면 용이하게 이해될 것이다. 따라서, 본 발명은 이하에 나타내는 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and it will be easily understood by those skilled in the art that various modifications may be made in form and detail without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention is not construed as being limited to the description of the embodiments described below.
아울러 본 발명은 마이크로 프로세서, 화상처리회로 등의 집적회로나, RF 태그, 반도체 표시장치 등, 모든 반도체 장치의 제작에 이용할 수 있다. 반도체 장치란, 반도체 특성을 이용함으로써 기능할 수 있는 장치 전반을 의미하며, 반도체 표시장치, 반도체 회로 및 전자기기는 모두 반도체 장치이다. 반도체 표시장치는 액정표시장치, 유기발광소자(OLED)로 대표되는 발광소자를 각 화소에 구비한 발광장치, 전자 페이퍼, DMD(Digital Micromirror Device), PDP(Plasma Display Panel), FED(Field Emission Display) 등이나, 반도체막을 이용한 회로소자를 구동회로에 갖고 있는 그 외의 반도체 표시장치가 그 범주에 포함된다.
In addition, the present invention can be used for manufacturing all semiconductor devices such as an integrated circuit such as a microprocessor and an image processing circuit, an RF tag, and a semiconductor display device. A semiconductor device means a whole device that can function by utilizing semiconductor characteristics, and a semiconductor display device, a semiconductor circuit, and an electronic device are all semiconductor devices. Semiconductor display devices include liquid crystal display devices, light emitting devices including organic light emitting devices (OLED), light emitting devices having respective pixels, electronic paper, digital micromirror devices (DMD), plasma display panels (PDP) ), And other semiconductor display devices having circuit elements using a semiconductor film in a driver circuit are included in the category.
(실시형태 1)(Embodiment 1)
채널 에치 구조의 보텀 게이트형 박막 트랜지스터를 예로 들어, 반도체 장치의 제작 방법에 대해서 도 1(A) 내지 도 1(E), 도 2, 도 3(A) 내지 도 3(C)를 이용하여 설명한다.A manufacturing method of a semiconductor device is described with reference to a bottom gate type thin film transistor having a channel etch structure by using FIGS. 1 (A) to 1 (E), 2, 3 (A) do.
도 1(A)에 나타낸 바와 같이, 기판(100) 위에 게이트 전극(101)을 형성한다.As shown in Fig. 1 (A), a
기판(100)과 게이트 전극(101)의 사이에 하지막이 되는 절연막을 형성해 둘 수도 있다. 하지막으로서, 예를 들어, 산화 규소막, 산화질화 규소막, 질화 규소막, 질화산화 규소막, 질화 알루미늄막, 또는 질화산화 알루미늄막 중 어느 하나를 단층으로, 혹은 복수를 적층시켜 이용할 수 있다. 특히, 하지막에 배리어성이 높은 절연막, 예를 들어 질화 규소막, 질화산화 규소막, 질화 알루미늄막, 또는 질화산화 알루미늄막 등을 이용함으로써, 수분 또는 수소 등의 분위기 내의 불순물, 혹은 기판(100) 내에 포함되는 알칼리 금속, 중금속 등의 불순물이 산화물 반도체막 내, 게이트 절연막 내, 혹은 산화물 반도체막과 다른 절연막의 계면과 그 근방에 들어가는 것을 방지할 수 있다.An insulating film serving as a base film may be formed between the
아울러, 본 명세서에 있어서 산화 질화물이란, 그 조성으로서, 질소보다 산소의 함유량이 많은 물질이며, 또한 질화 산화물이란, 그 조성으로서, 산소보다 질소의 함유량이 많은 물질을 말한다.In the present specification, the term "oxynitride" refers to a material having a composition containing oxygen in an amount larger than that of nitrogen, and the term "nitrided oxide" means a material having a nitrogen content higher than that of oxygen.
게이트 전극(101)의 재료는 몰리브덴, 티타늄, 크롬, 탄탈, 텅스텐, 네오디뮴, 스칸듐 등의 금속재료, 이들 금속재료를 주성분으로 하는 합금 재료를 이용한 도전막, 혹은 이들 금속의 질화물을 단층으로 또는 적층으로 이용할 수 있다. 또한, 이후의 공정에서 수행되는 가열 처리의 온도에 견딜 수 있는 것이라면, 상기 금속재료로서 알루미늄, 구리를 이용할 수도 있다. 알루미늄 또는 구리는 내열성이나 부식성의 문제를 회피하기 위해서, 고융점 금속재료와 조합하여 이용하는 것이 바람직하다. 고융점 금속재료로서는, 몰리브덴, 티타늄, 크롬, 탄탈, 텅스텐, 네오디뮴, 스칸듐 등을 이용할 수 있다.The material of the
예를 들어, 2층의 적층 구조를 갖는 게이트 전극(101)으로서, 알루미늄막 위에 몰리브덴막이 적층된 2층의 적층 구조, 또는 구리막 위에 몰리브덴막을 적층한 2층 구조, 또는 구리막 위에 질화 티타늄막 혹은 질화 탄탈막을 적층한 2층 구조, 질화 티타늄막과 몰리브덴막을 적층한 2층 구조로 하는 것이 바람직하다. 3층의 적층 구조를 갖는 게이트 전극(101)으로서는, 알루미늄막, 알루미늄과 실리콘의 합금막, 알루미늄과 티타늄의 합금막 또는 알루미늄과 네오디뮴의 합금막을 중간층으로 하고, 텅스텐막, 질화 텅스텐막, 질화 티타늄막 또는 티타늄막을 상하층으로서 적층한 구조로 하는 것이 바람직하다.For example, as the
또한, 게이트 전극(101)에 산화 인듐, 산화 인듐 산화 주석 합금, 산화 인듐 산화 아연 합금, 산화 아연, 산화 아연 알루미늄, 산질화 아연 알루미늄, 또는 산화 아연 갈륨 등의 투광성을 갖는 산화물 도전막을 게이트 전극(101)에 이용함으로써, 화소부의 개구율을 향상시킬 수 있다.An oxide conductive film having translucency such as indium oxide, indium oxide-tin oxide alloy, indium oxide-zinc oxide alloy, zinc oxide, aluminum zinc oxide, aluminum oxynitride aluminum or zinc gallium oxide is deposited on the
게이트 전극(101)의 막 두께는 10㎚~400㎚, 바람직하게는 100㎚~200㎚로 한다. 본 실시형태에서는 텅스텐 타겟을 이용한 스퍼터법에 의해 150㎚의 게이트 전극용 도전막을 형성한 후, 그 도전막을 에칭에 의해 원하는 형상으로 가공(패터닝)함으로써, 게이트 전극(101)을 형성한다.The film thickness of the
이어서, 게이트 전극(101) 위에 게이트 절연막(102)을 형성한다. 게이트 절연막(102)은 플라즈마 CVD법 또는 스퍼터링법 등을 이용하여 산화 규소막, 질화 규소막, 산화질화 규소막, 질화산화 규소막, 산화 알루미늄 또는 산화 탄탈을 단층으로 또는 적층시켜 형성할 수 있다. 게이트 절연막(102)은 수분이나 수소 등의 불순물을 가능한 한 포함하지 않는 것이 바람직하다. 배리어성이 높은 재료를 이용한 절연막과, 포함되는 질소의 비율이 낮은 산화 규소막, 산화질화 규소막 등의 절연막을 적층시킨 구조를 갖는 게이트 절연막(102)을 형성할 수도 있다. 이 경우, 산화 규소막, 산화질화 규소막 등의 절연막은 배리어성을 갖는 절연막과 산화물 반도체막의 사이에 형성한다. 배리어성이 높은 절연막으로서, 예를 들어 질화 규소막, 질화산화 규소막, 질화 알루미늄막, 또는 질화산화 알루미늄막 등을 들 수 있다. 배리어성을 갖는 절연막을 이용함으로써, 수분 또는 수소 등의 분위기 내 불순물, 혹은 기판 내에 포함되는 알칼리 금속, 중금속 등의 불순물이 산화물 반도체막 내, 게이트 절연막(102) 내, 혹은 산화물 반도체막과 다른 절연막의 계면과 그 근방에 들어가는 것을 방지할 수 있다. 또한, 산화물 반도체막에 접하도록 질소의 비율이 낮은 산화 규소막, 산화질화 규소막 등의 절연막을 형성함으로써, 배리어성이 높은 재료를 이용한 절연막이 직접 산화물 반도체막에 접하는 것을 방지할 수 있다.Then, a
본 실시형태에서는, 스퍼터법으로 형성된 막 두께 50㎚의 질화 규소막 위에 스퍼터법으로 형성된 막 두께 100㎚의 산화 규소막을 적층시킨 구조를 갖는 게이트 절연막(102)을 형성한다.In the present embodiment, a
이어서, 게이트 절연막(102) 위에 산화물 반도체막을 형성한다. 산화물 반도체막은 산화물 반도체를 타겟으로 이용하여, 스퍼터법에 의해 성막한다. 또한, 산화물 반도체막은 희가스(예를 들어 아르곤) 분위기하, 산소 분위기하, 또는 희가스(예를 들어 아르곤) 및 산소 분위기하에서 스퍼터법에 의해 형성할 수 있다.Then, an oxide semiconductor film is formed on the
아울러, 산화물 반도체막을 스퍼터법에 의해 성막하기 전에, 아르곤 가스를 도입하여 플라즈마를 발생시키는 역스퍼터를 수행하여, 게이트 절연막(102)의 표면에 부착되어 있는 먼지를 제거하는 것이 바람직하다. 역스퍼터란, 타겟 측에 전압을 인가하지 않고, 아르곤 분위기하에서 기판측에 RF 전원을 이용하여 전압을 인가해 기판에 플라즈마를 형성하여 표면을 개질하는 방법이다. 또한, 아르곤 분위기 대신에 질소, 헬륨 등을 이용할 수도 있다. 또한, 아르곤 분위기에 산소, 수소, 아산화질소 등을 부가한 분위기로 수행할 수도 있다. 또한, 아르곤 분위기에 염소, 4불화탄소 등을 부가한 분위기로 수행할 수도 있다.Before the oxide semiconductor film is formed by the sputtering method, it is preferable to perform reverse sputtering in which argon gas is introduced to generate plasma to remove dust adhering to the surface of the
산화물 반도체막에는 상술한 산화물 반도체를 이용할 수 있다.The above-described oxide semiconductor can be used for the oxide semiconductor film.
산화물 반도체막의 막 두께는 10㎚~300㎚, 바람직하게는 20㎚~100㎚로 한다. 본 실시형태에서는 산화물 반도체막으로서 In(인듐), Ga(갈륨) 및 Zn(아연)을 포함하는 산화물 반도체 타겟(몰수비가 In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1, In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:2)을 이용한 스퍼터법에 의해 얻어지는 막 두께 30㎚의 In-Ga-Zn-O계 산화물 반도체를 이용한다. 본 실시형태에서는 DC 스퍼터법을 이용하며, 아르곤의 유량 30sccm으로 하고, 산소의 유량 15sccm으로 하고, 기판 온도는 실온으로 한다.The thickness of the oxide semiconductor film is set to 10 nm to 300 nm, preferably 20 nm to 100 nm. In this embodiment, as the oxide semiconductor film In (indium), Ga (gallium), and an oxide semiconductor target (mole ratio of In 2 O containing Zn (zinc) 3: Ga 2 O 3: ZnO = 1: 1: 1, In 2 O 3: Ga 2 O 3 : ZnO = 1: 1: 2) film is used for in-Ga-ZnO based oxide semiconductor having a thickness of 30㎚ obtained by a sputtering method using a. In the present embodiment, the DC sputtering method is used, the flow rate of argon is 30 sccm, the flow rate of oxygen is 15 sccm, and the substrate temperature is room temperature.
게이트 절연막(102) 및 산화물 반도체막을 대기에 접촉시키지 않고 연속적으로 형성할 수도 있다. 대기에 접촉시키지 않고 연속 성막함으로써, 계면이 물이나 하이드로 카본 등의 대기 성분이나 대기중에 부유하는 불순물 원소에 오염되는 일 없이 각 적층계면을 형성할 수 있으므로, 박막 트랜지스터 특성의 편차를 저감할 수 있다.The
이어서, 도 1(A)에 나타낸 바와 같이, 산화물 반도체막을 에칭 등에 의해 원하는 형상으로 가공(패터닝)하여, 게이트 전극(101)과 중첩되는 위치에 있어서, 게이트 절연막(102) 위에 섬 형상의 산화물 반도체막(103)을 형성한다.1 (A), the oxide semiconductor film is processed (patterned) into a desired shape by etching or the like to form an island-shaped
이어서, 불활성 가스 분위기(질소, 또는 헬륨, 네온, 아르곤 등)하에서 산화물 반도체막(103)에 가열 처리를 실시할 수도 있다. 산화물 반도체막(103)에 가열 처리를 실시함으로써, 수분, 수소가 탈리한 산화물 반도체막(104)이 형성된다. 구체적으로는, 감압 분위기하, 질소나 희가스 등의 불활성 가스 분위기하, 산소 가스 분위기하, 또는 초건조 에어(CRDS(캐비티 링 다운 레이저 분광법) 방식의 노점계를 이용하여 측정한 경우의 수분량이 20ppm(노점 환산으로 -55℃) 이하, 바람직하게는 1ppm 이하, 바람직하게는 10ppb 이하의 공기) 분위기하에서, 500℃ 이상 750℃ 이하(혹은 유리 기판의 왜곡점 이하의 온도)로 1분 이상 10분 이하 정도, 바람직하게는 600℃, 3분 이상 6분 이하 정도의 RTA(Rapid Thermal Anneal) 처리로 수행할 수 있다. RTA법을 이용하면, 단시간에 탈수화 또는 탈수소화를 수행할 수 있기 때문에, 유리 기판의 왜곡점을 넘는 온도에서도 처리할 수 있다. 아울러, 상기 가열 처리는 섬 형상의 산화물 반도체막(103) 형성 후의 타이밍에 한정되지 않으며, 섬 형상의 산화물 반도체막(103) 형성 전의 산화물 반도체막에 대해서 수행할 수도 있다. 또한, 상기 가열 처리를 산화물 반도체막(104) 형성 후에 여러 차례 수행할 수도 있다. 섬 형상의 산화물 반도체막(104)은 상기 가열 처리에 의해 수분, 수소 등의 불순물이 탈리하여, i형(진성 반도체) 또는 i형에 한없이 가까워지므로, 상기 불순물에 의해 문턱값 전압이 시프트하는 등의 트랜지스터의 특성의 열화가 촉진되는 것을 방지하여, 오프 전류를 저감시킬 수 있다.Then, the
본 실시형태에서는, 질소 분위기하에서, 600℃, 기판 온도가 상기 설정 온도에 도달한 상태로 6분간, 가열 처리를 수행한다. 가열 처리는, 전기로를 이용한 가열 방법, 가열한 기체를 이용하는 GRTA(Gas Rapid Thermal Anneal)법 또는 램프 광을 이용하는 LRTA(Lamp Rapid Thermal Anneal)법 등의 순간 가열 방법 등을 이용할 수 있다. 예를 들어, 전기로를 이용하여 가열 처리를 수행하는 경우, 승온 특성을 0.1℃/min 이상 20℃/min 이하, 강온 특성을 0.1℃/min 이상 15℃/min 이하로 하는 것이 바람직하다.In the present embodiment, the heat treatment is performed for 6 minutes in a nitrogen atmosphere at a temperature of 600 占 폚 and the substrate temperature has reached the set temperature. As the heat treatment, a heating method using an electric furnace, an instant heating method such as a gas rapid thermal annealing (GRTA) method using a heated substrate or a lamp rapid thermal annealing (LRTA) method using a lamp light can be used. For example, when the heating process is carried out using an electric furnace, it is preferable to set the temperature raising characteristic at 0.1 ° C / min or more to 20 ° C / min or less, and the temperature down characteristic to 0.1 ° C / min or more and 15 ° C / min or less.
아울러, 가열 처리에 있어서는, 질소, 또는 헬륨, 네온, 아르곤 등의 희가스에 수분, 수소 등이 포함되지 않는 것이 바람직하다. 또는, 가열처리장치에 도입하는 질소, 또는 헬륨, 네온, 아르곤 등의 희가스의 순도를 6N(99.9999%) 이상, 바람직하게는 7N(99.99999%) 이상(즉 불순물 농도를 1ppm 이하, 바람직하게는 0.1ppm 이하)으로 하는 것이 바람직하다.In the heat treatment, it is preferable that the rare gas such as nitrogen or helium, neon, or argon does not contain water, hydrogen or the like. Nitrogen, or rare gas such as helium, neon, argon, or the like introduced into the heat treatment apparatus to a purity of 6N (99.9999%) or more, preferably 7N (99.99999%) or more (i.e., an impurity concentration of 1 ppm or less, ppm or less).
이어서, 도 1(C)에 나타낸 바와 같이, 섬 형상의 산화물 반도체막(104) 위에 소스 전극 드레인 전극용 도전막을 형성한다. 본 실시형태에서는, 산화물 반도체막(104)과의 접촉 저항이 낮은 티타늄, 텅스텐 또는 몰리브덴 등의 금속재료를 이용한 도전막(105a) 위에 전기음성도가 낮은 금속, 금속 화합물 또는 합금을 이용한 도전막(105b)을 형성한다.Then, as shown in Fig. 1 (C), a conductive film for the source electrode drain electrode is formed on the island-shaped
전기음성도가 낮은 금속으로서, 알루미늄, 마그네슘을 이용할 수도 있다. 상기 금속 중 어느 하나 또는 복수를 포함하는 혼합물, 금속 화합물 또는 합금을 도전막(105b)으로서 이용할 수 있다. 또한, 알루미늄 등의 내열성이 낮은 재료를 이용하는 경우, 알루미늄에, 티타늄, 탄탈, 텅스텐, 몰리브덴, 크롬, 네오디뮴, 스칸듐에서 선택된 원소, 또는 상기 원소를 하나 또는 복수 성분으로서 포함하는 합금, 또는 상기 원소를 성분으로서 포함하는 질화물 등의 내열성 도전성 재료를 조합함으로써, 도전막(105b)의 내열성을 높이도록 할 수도 있다.Aluminum and magnesium may also be used as metals with low electronegativity. A mixture, a metal compound, or an alloy containing any one or more of the above metals may be used as the
도전막(105a)의 막 두께는 10㎚~200㎚, 바람직하게는 50㎚~150㎚로 하는 것이 바람직하다. 또한, 도전막(105b)의 막 두께는 100㎚~300㎚, 바람직하게는 150㎚~250㎚로 하는 것이 바람직하다. 본 실시형태에서는 도전막(105a)으로서, 스퍼터법으로 형성된 막 두께 100㎚의 티타늄막을 이용하고, 도전막(105b)으로서, 스퍼터법으로 형성된 막 두께 200㎚의 알루미늄막을 이용한다.The film thickness of the
본 발명의 일 양태에서는, 도전막(105b)으로서 전기음성도가 낮은 금속, 금속 화합물 또는 합금을 이용하고 있으므로, 산화물 반도체막(104) 내, 게이트 절연막(102) 내, 혹은 산화물 반도체막(104)과 다른 절연막의 계면과 그 근방에 존재하는 수분 또는 수소 등의 불순물이 도전막(105b)에 흡장 혹은 흡착된다. 그러므로, 수분, 수소 등의 불순물의 탈리에 의해, i형(진성 반도체) 또는 i형에 한없이 가까운 산화물 반도체막(104)을 얻을 수 있고, 상기 불순물에 의해 문턱값 전압이 시프트하는 등의 트랜지스터의 특성의 열화가 촉진되는 것을 방지하여, 오프 전류를 저감시킬 수 있다.A metal compound or an alloy having a low electronegativity is used as the
또한, 상기 구성에 부가하여, 도전막(105b)이 노출된 상태로, 감압 분위기하, 질소, 또는 희가스(아르곤, 헬륨 등)의 불활성 가스 분위기하에서 가열 처리를 수행하여, 도전막(105b)의 표면이나 내부에 흡착되어 있는 수분이나 산소 등을 제거하도록 할 수도 있다. 가열 처리의 온도 범위는 200℃ 내지 450℃로 한다. 상기 가열 처리를 수행함으로써, 산화물 반도체막(104) 내, 게이트 절연막(102) 내, 혹은 산화물 반도체막(104)과 다른 절연막의 계면과 그 근방에 존재하는 수분, 수소 등의 불순물이 도전막(105b)에 더욱 흡장 혹은 흡착되기 쉽게 할 수 있다.In addition to the above structure, a heat treatment is performed under an inert gas atmosphere of nitrogen or a rare gas (argon, helium, or the like) under a reduced pressure atmosphere in a state in which the
이어서, 도 1(D)에 나타낸 바와 같이, 에칭 등에 의해 도전막(105a) 및 도전막(105b)을 원하는 형상으로 가공(패터닝)함으로써, 소스 전극(106), 드레인 전극(107)을 형성한다. 예를 들어, 도전막(105a)에 티타늄막, 도전막(105b)에 알루미늄막을 이용하는 경우, 인산을 포함하는 용액을 이용하여 도전막(105b)을 웨트 에칭한 후, 암모니아와 과산화수소수를 포함하는 용액(암모니아과수)을 이용하여, 도전막(105a)을 웨트 에칭할 수 있다. 구체적으로, 본 실시형태에서는, 인산을 포함하는 용액으로서, 와코순약공업 주식회사 제품의 혼산 알루미늄액(2.0중량%의 질산과, 9.8중량%의 초산과, 72.3중량%의 인산을 함유하는 수용액)을 이용한다. 또한, 암모니아과수는 구체적으로는 31중량%의 과산화수소수와 28중량%의 암모니아수와 물을 체적비 5:2:2로 혼합한 수용액을 이용한다. 혹은, 염소(Cl2), 염화붕소(BCl3) 등을 포함하는 가스를 이용하여, 도전막(105a)과 도전막(105b)을 드라이 에칭할 수도 있다.Then, as shown in Fig. 1D, the
상기 패터닝에 의해 소스 전극(106)과 드레인 전극(107)을 형성할 시에, 섬 형상의 산화물 반도체막(104)의 노출된 부분이 일부 에칭됨으로써 홈부(오목부)가 형성되는 경우도 있다. 본 실시형태에서는, 상기 에칭에 의해 홈부(오목부)를 갖는 섬 형상의 산화물 반도체막(108)이 형성되는 경우를 예시한다. 소스 전극(106), 드레인 전극(107)의 일부로서 이용되고 있는 도전막(105a)은 산화물 반도체막(108)과 접하고 있다. 그리고 또한 도전막(105a)에는 상술한 바와 같이 산화물 반도체막(108)과의 접촉 저항이 낮은 금속재료가 이용되고 있으므로, 소스 전극(106), 드레인 전극(107)과 산화물 반도체막(108)의 사이에서의 접촉 저항이 저감된다. 그러므로, TFT의 온 전류 및 전계 효과 이동도를 높일 수 있다.When the
또한, 도 1(E)에 나타낸 바와 같이, 소스 전극(106), 드레인 전극(107)을 형성한 후에는, 소스 전극(106), 드레인 전극(107) 및 산화물 반도체막(108)을 덮도록 절연막(109)을 형성한다. 절연막(109)은 수분이나 수소 등의 불순물을 가능한 한 포함하지 않는 것이 바람직하며, 단층의 절연막일 수도 있고, 적층된 복수의 절연막으로 구성되어 있을 수도 있다. 상기 절연막(109)에는 배리어성이 높은 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 배리어성이 높은 절연막으로서, 질화 규소막, 질화산화 규소막, 질화 알루미늄막, 또는 질화산화 알루미늄막 등을 이용할 수 있다. 복수의 적층된 절연막을 이용하는 경우, 상기 배리어성이 높은 절연막보다, 질소의 비율이 낮은 산화 규소막, 산화질화 규소막 등의 절연막을 산화물 반도체막(108)에 가까운 측에 형성한다. 그리고 질소의 비율이 낮은 절연막을 사이에 두고 소스 전극(106), 드레인 전극(107) 및 산화물 반도체막(108)과 중첩되도록 배리어성을 갖는 절연막을 형성한다. 배리어성을 갖는 절연막을 이용함으로써, 소스 전극(106), 드레인 전극(107)의 표면이나 내부에 수분이나 산소가 흡착하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 산화물 반도체막(108) 내, 게이트 절연막(102) 내, 혹은 산화물 반도체막(108)과 다른 절연막의 계면과 그 근방에 수분 또는 수소 등의 불순물이 들어가는 것을 방지할 수 있다. 또한, 산화물 반도체막(108)에 접하도록 질소의 비율이 낮은 산화 규소막, 산화질화 규소막 등의 절연막을 형성함으로써, 배리어성이 높은 재료를 이용한 절연막이 직접 산화물 반도체막(108)에 접하는 것을 방지할 수 있다.1E, the
본 실시형태에서는, 스퍼터법으로 형성된 막 두께 200㎚의 산화 규소막 위에 스퍼터법으로 형성된 막 두께 100㎚의 질화 규소막을 적층시킨 구조를 갖는 절연막(109)을 형성한다. 성막 시의 기판 온도는 실온 이상 300℃ 이하일 수 있으며, 본 실시형태에서는 100℃로 한다.In this embodiment mode, an insulating
소스 전극(106) 또는 드레인 전극(107)의 사이에 마련된 산화물 반도체막(108)의 노출 영역과, 절연막(109)을 구성하는 산화 규소가 접하여 마련됨으로써, 산화물 반도체막(108)의 절연막(109)과 접하는 영역에 산소가 공여되어 고저항화(캐리어 농도가 낮아지는, 바람직하게는 1×1018/㎤ 미만)되어, 고저항화된 채널 형성 영역을 갖는 산화물 반도체막(108)을 형성할 수 있다.The exposed region of the
아울러, 절연막(109)을 형성한 후에, 가열 처리를 실시할 수도 있다. 가열 처리는 대기 분위기하, 감압 분위기하, 질소나 희가스 등의 불활성 가스 분위기하, 산소 가스 분위기하, 또는 초건조 에어(CRDS(캐비티 링 다운 레이저 분광법) 방식의 노점계를 이용하여 측정한 경우의 수분량이 20ppm(노점 환산으로 -55℃) 이하, 바람직하게는 1ppm 이하, 바람직하게는 10ppb 이하의 공기) 분위기하에서, 바람직하게는 200℃ 이상 400℃ 이하, 예를 들어 250℃ 이상 350℃ 이하로 수행한다. 본 실시형태에서는, 예를 들어, 질소 분위기하에서 250℃, 1시간의 가열 처리를 수행한다. 또는, 도전막(105a) 및 도전막(105b)을 형성하기 전에, 산화물 반도체막에 대해 수행한 앞선 가열 처리와 마찬가지로, 고온 단시간의 RTA 처리를 수행할 수도 있다. 그 가열 처리를 수행하면, 산화물 반도체막(108)이 절연막(109)을 구성하는 산화 규소와 접한 상태로 가열되게 되어, 더욱 산화물 반도체막(108)을 고저항화시켜 트랜지스터의 전기 특성의 향상 및 전기 특성의 편차를 경감할 수 있다. 이 가열 처리를 수행하는 타이밍은 절연막(109)의 형성 후라면 특별히 한정되지 않으며, 다른 공정, 예를 들어 수지막 형성 시의 가열 처리나, 투명 도전막을 저저항화시키기 위한 가열 처리와 겸함으로써, 공정수를 늘리지 않고 수행할 수 있다.In addition, after the insulating
도 2에, 도 1(E)에 나타내는 반도체 장치의 상면도를 나타낸다. 도 1(E)는 도 2의 파선 A1-A2에 있어서의 단면도에 상당한다.Fig. 2 shows a top view of the semiconductor device shown in Fig. 1 (E). Fig. 1 (E) corresponds to a cross-sectional view taken along the broken line A1-A2 in Fig.
트랜지스터(110)는 게이트 전극(101)과, 게이트 전극(101) 상의 게이트 절연막(102)과, 게이트 절연막(102) 상의 산화물 반도체막(108)과, 산화물 반도체막(108) 상의 소스 전극(106) 및 드레인 전극(107)과, 소스 전극(106), 드레인 전극(107) 및 산화물 반도체막(108) 상의 절연막(109)을 갖는다.The
이어서, 절연막(109) 위에 도전막을 형성한 후, 그 도전막을 패터닝함으로써, 도 3(A)에 나타낸 바와 같이, 산화물 반도체막(108)과 중첩되는 위치에 백게이트 전극(111)을 형성할 수도 있다. 백게이트 전극(111)은 게이트 전극(101), 혹은 소스 전극(106) 및 드레인 전극(107)과 동일한 재료, 구조를 이용하여 형성하는 것이 가능하다.Subsequently, a conductive film is formed on the insulating
백게이트 전극(111)의 막 두께는 10㎚~400㎚, 바람직하게는 100㎚~200㎚로 한다. 본 실시형태에서는, 티타늄막, 알루미늄막, 티타늄막이 적층된 구조를 갖는 도전막을 형성한다. 그리고 포토리소그래피법에 의해 레지스트 마스크를 형성하고, 에칭에 의해 불필요한 부분을 제거하여, 그 도전막을 원하는 형상으로 가공(패터닝)함으로써, 백게이트 전극(111)을 형성한다.The thickness of the
이어서, 도 3(B)에 나타낸 바와 같이, 백게이트 전극(111)을 덮도록 절연막(112)을 형성한다. 절연막(112)은 분위기 내의 수분, 수소 등이 트랜지스터(110)의 특성에 영향을 주는 것을 방지할 수 있는 배리어성이 높은 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 배리어성이 높은 절연막으로서, 질화 규소막, 질화산화 규소막, 질화 알루미늄막, 또는 질화산화 알루미늄막 등을 플라즈마 CVD법 또는 스퍼터링법 등에 의해 단층으로 또는 적층시켜 형성할 수 있다. 배리어성의 효과를 얻으려면 , 절연막(112)은 예를 들어 두께 15㎚~400㎚의 막 두께로 형성하는 것이 바람직하다.Subsequently, as shown in Fig. 3 (B), an insulating
본 실시형태에서는, 플라즈마 CVD법에 의해 300㎚의 절연막을 형성한다. 성막 조건은 실란가스의 유량 4sccm으로 하고, 일산화이질소(N2O)의 유량 800sccm으로 하고, 기판 온도 400℃로 한다.In this embodiment mode, an insulating film of 300 nm is formed by plasma CVD. The film forming conditions were a silane gas flow rate of 4 sccm, a dinitrogen monoxide (N 2 O) flow rate of 800 sccm, and a substrate temperature of 400 캜.
도 3(C)에, 도 3(B)에 나타내는 반도체 장치의 상면도를 나타낸다. 도 3(B)는 도 3(C)의 파선 A1-A2에 있어서의 단면도에 상당한다.Fig. 3 (C) is a top view of the semiconductor device shown in Fig. 3 (B). Fig. 3B corresponds to a cross-sectional view taken along the broken line A1-A2 in Fig. 3C.
아울러, 도 3(B)에서는, 백게이트 전극(111)이 산화물 반도체막(108) 전체를 덮고 있는 경우를 예시하고 있으나, 본 발명은 이 구성에 한정되지 않는다. 백게이트 전극(111)은 산화물 반도체막(108)이 갖는 채널 형성 영역의 일부와 최소한 중첩되어 있으면 된다.3B illustrates a case where the
백게이트 전극(111)은 전기적으로 절연되어 있는 플로팅 상태일 수도 있고, 전위가 인가되는 상태일 수도 있다. 후자인 경우, 백게이트 전극(111)에는 게이트 전극(101)과 동일한 높이의 전위가 인가되어 있을 수도 있고, 그라운드 등의 고정 전위가 인가되어 있을 수도 있다. 백게이트 전극(111)에 인가하는 전위의 높이를 제어함으로써, 트랜지스터(110)의 문턱값 전압을 제어할 수 있다.The
본 실시형태와 같이 산화물 반도체막 내에 포함되는 수소, 물 등의 불순물을 가능한 한 제거하여, 산화물 반도체막을 고순도화하는 것이 트랜지스터의 특성에 어떻게 영향을 주는지에 대해서 이하에 설명한다.How the impurity such as hydrogen or water contained in the oxide semiconductor film is removed as much as possible to improve the purity of the oxide semiconductor film as in this embodiment will be described below.
도 27은, 산화물 반도체를 이용한 역스태거형 박막 트랜지스터의 종단면도를 나타낸다. 게이트 전극(GE) 위에 게이트 절연막(GI)을 사이에 두고 산화물 반도체막(OS)이 마련되고, 그 위에 소스 전극(S) 및 드레인 전극(D)이 마련되어 있다.27 is a longitudinal sectional view of an inverse stagger type thin film transistor using an oxide semiconductor. An oxide semiconductor film OS is provided on the gate electrode GE with a gate insulating film GI sandwiched therebetween and a source electrode S and a drain electrode D are provided thereon.
도 28(A) 및 도 28(B)는, 도 27에 나타내는 A-A' 단면에 있어서의 에너지 밴드도(모식도)를 나타낸다. 도 28(A)는 소스 전극과 드레인 전극의 사이의 전압을 등전위(VD=0V)로 한 경우를 나타내고, 도 28(B)는 소스 전극에 대해 드레인 전극에 양의 전위(VD>0)를 인가한 경우를 나타낸다.Fig. 28 (A) and Fig. 28 (B) show energy band diagrams (schematic diagrams) taken along the line A-A 'shown in Fig. 28 (A) shows the case where the voltage between the source electrode and the drain electrode is set to the equal potential (VD = 0 V), and Fig. 28 (B) shows the case where the positive potential . Fig.
도 29(A) 및 도 29(B)는, 도 27에 있어서의 B-B'의 단면에 있어서의 에너지 밴드도(모식도)이다. 도 29(A)는 게이트(GE)에 양의 전위(+VG)가 인가된 상태이며, 소스 전극과 드레인 전극간에 캐리어(전자)가 흐르는 온 상태를 나타내고 있다. 또한, 도 29(B)는, 게이트(G1)에 음의 전위(-VG)가 인가된 상태이며, 오프 상태(소수 캐리어는 흐르지 않는)인 경우를 나타낸다.Fig. 29 (A) and Fig. 29 (B) are energy band diagrams (schematic diagrams) in the section of B-B 'in Fig. FIG. 29A shows a state in which a positive potential (+ VG) is applied to the gate GE and a carrier (electron) flows between the source electrode and the drain electrode. 29 (B) shows a state in which a negative potential (-VG) is applied to the gate G1 and in an off state (a minority carrier does not flow).
도 30은, 진공 준위와 금속의 일함수(φM), 산화물 반도체의 전자 친화력(χ)의 관계를 나타낸다.30 shows the relationship between the vacuum level and the work function? M of the metal and the electron affinity (?) Of the oxide semiconductor.
금속은 축퇴되어 있으므로, 전도대와 페르미 준위는 일치한다. 한편, 종래의 산화물 반도체는 일반적으로 n형이며, 그 경우의 페르미 준위(Ef)는 밴드 갭 중앙에 위치하는 진성 페르미 준위(Ei)로부터 멀어져 전도대(Ec) 가까이에 위치하고 있다. 또한, 산화물 반도체에 있어서 수소는 도너이며, 산화물 반도체가 n형화하는 하나의 요인인 것이 알려져 있다.Since the metal is degenerated, the conduction band and the Fermi level coincide. On the other hand, the conventional oxide semiconductor is generally n-type, and the Fermi level Ef in this case is located near the conduction band Ec away from the intrinsic Fermi level Ei located at the center of the band gap. In addition, in the oxide semiconductor, hydrogen is a donor, and it is known that the oxide semiconductor is one factor of n-type formation.
이에 반해, 본 발명에 따른 산화물 반도체는 전기음성도가 수소보다 낮은 금속을 소스 전극 또는 드레인 전극용 도전막에 이용함으로써, n형 불순물인 수소를 산화물 반도체로부터 제거하여 산화물 반도체의 주성분 이외의 불순물이 가능한 한 포함되지 않도록 고순도화함으로써, 산화물 반도체를 진성(i형) 또는 진성형으로 하려고 한 것이다. 즉, 불순물을 첨가하여 산화물 반도체를 i형화하는 것이 아니라, 수소나 물 등의 불순물을 가능한 한 제거하여 고순도화함으로써, i형(진성 반도체) 또는 i형(진성 반도체)에 한없이 가까운 산화물 반도체를 얻는 것을 특징으로 하고 있다. 상기 구성에 의해, 화살표로 나타내는 바와 같이, 페르미 준위(Ef)는 진성 페르미 준위(Ei)와 동일한 레벨에 한없이 가까워질 수 있다.On the contrary, the oxide semiconductor according to the present invention uses a metal having electronegativity lower than hydrogen for the conductive film for the source electrode or the drain electrode to remove hydrogen as the n-type impurity from the oxide semiconductor so that impurities other than the main component of the oxide semiconductor (I-type) or intrinsic type, by making the oxide semiconductor high purity so as not to be included as much as possible. That is, instead of adding an impurity to form an oxide semiconductor, i-type impurity such as hydrogen or water is removed as much as possible to obtain high purity, thereby obtaining an oxide semiconductor which is as close to i-type (intrinsic semiconductor) or i-type . With the above arrangement, as indicated by an arrow, the Fermi level Ef can be made as close as possible to the same level as the intrinsic Fermi level Ei.
산화물 반도체의 밴드 갭(Eg)이 3.15eV인 경우, 전자 친화력(χ)은 4.3eV라고 알려져 있다. 소스 전극 및 드레인 전극을 구성하는 티타늄(Ti)의 일함수는 산화물 반도체의 전자 친화력(χ)과 거의 동일하다. 이 경우, 금속-산화물 반도체 계면에 있어서, 전자에 대해 쇼트키형의 장벽은 형성되지 않는다.When the band gap Eg of the oxide semiconductor is 3.15 eV, the electron affinity (?) Is known to be 4.3 eV. The work function of titanium (Ti) constituting the source electrode and the drain electrode is substantially equal to the electron affinity (x) of the oxide semiconductor. In this case, no Schottky barrier is formed with respect to electrons in the metal-oxide semiconductor interface.
즉, 금속의 일함수(φM)와 산화물 반도체의 전자 친화력(χ)이 동일한 경우, 양자가 접촉하면 도 28(A)에서 나타낸 바와 같은 에너지 밴드도(모식도)가 나타난다.That is, when the work function? M of the metal and the electron affinity (?) Of the oxide semiconductor are the same, an energy band diagram (a schematic diagram) as shown in FIG.
도 28(B)에서 검은 점(●)은 전자를 나타내고, 드레인 전극에 양의 전위가 인가되면, 전자는 배리어(h)를 넘어 산화물 반도체에 주입되고, 드레인 전극을 향해 흐른다. 이 경우, 배리어(h)의 높이는 게이트 전압과 드레인 전압에 의존해 변화하지만, 양의 드레인 전압이 인가된 경우에는, 전압 인가가 없는 도 28(A)의 배리어의 높이, 즉 밴드 갭(Eg)의 1/2보다 배리어의 높이(h)는 작은 값이 된다.In Figure 28 (B), the black dot (●) represents electrons. When a positive potential is applied to the drain electrode, electrons are injected into the oxide semiconductor beyond barrier h and flow toward the drain electrode. In this case, the height of the barrier h varies depending on the gate voltage and the drain voltage. However, when the positive drain voltage is applied, the height of the barrier in Fig. 28A without voltage application, The height (h) of the barrier is smaller than 1/2.
이때 전자는 도 29(A)에서 나타낸 바와 같이 게이트 절연막과 고순도화된 산화물 반도체와의 계면에 있어서의, 산화물 반도체 측의 에너지적으로 안정된 최저부를 이동한다.At this time, electrons move at the energy-stabilized lowest part of the oxide semiconductor side at the interface between the gate insulating film and the high-purity oxide semiconductor as shown in Fig. 29 (A).
또한, 도 29(B)에 있어서, 게이트 전극(G1)에 음의 전위(역바이어스)가 인가되면, 소수 캐리어인 홀은 실질적으로 제로이기 때문에, 전류는 한없이 제로에 가까운 값이 된다.29 (B), when a negative potential (reverse bias) is applied to the gate electrode G1, since the hole serving as a minority carrier is substantially zero, the current becomes infinitely close to zero.
예를 들어, 박막 트랜지스터의 채널 폭(W)이 1×104㎛이고 채널 길이가 3㎛인 소자여도, 오프 전류가 10-13A 이하이며, 서브스레숄드 스윙 값(subthreshold swing)(S값)이 0.1V/dec.(게이트 절연막 두께 100㎚)가 얻어진다.For example, even if the channel width W of the thin film transistor is 1 x 10 4 탆 and the channel length is 3 탆, the off current is 10 -13 A or less, the subthreshold swing (S value) This 0.1 V / dec. (Gate insulating film thickness: 100 nm) is obtained.
이와 같이, 산화물 반도체의 주성분 이외의 물, 수소 등의 불순물이 가능한 한 포함되지 않도록 산화물 반도체막을 고순도화함으로써 박막 트랜지스터의 동작을 양호한 것으로 할 수 있다.
Thus, the operation of the thin film transistor can be improved by making the oxide semiconductor film highly pure so that impurities such as water and hydrogen other than the main component of the oxide semiconductor are not contained as much as possible.
(실시형태 2)(Embodiment 2)
채널 에치 구조의 보텀 게이트형 박막 트랜지스터를 예로 들어, 반도체 장치의 제작 방법에 대해서 도 4(A) 내지 도 4(D)를 이용하여 설명한다.A manufacturing method of a semiconductor device will be described with reference to FIGS. 4A to 4D, taking a bottom gate type thin film transistor having a channel etch structure as an example. FIG.
우선, 실시형태 1에 있어서 나타낸 제작 방법에 따라, 도 4(A)에 나타낸 바와 같이, 섬 형상의 산화물 반도체막(104) 위에, 산화물 반도체막(104)과의 접촉 저항이 낮은 티타늄, 텅스텐 또는 몰리브덴 등의 금속재료를 이용한 도전막(105a) 위에, 전기음성도가 낮은 금속, 금속 화합물 또는 합금을 이용한 도전막(105b)을 형성한다. 도전막(105a)과 도전막(105b)에 이용되는 재료의 종류, 구조, 그 막 두께의 범위에 대해서는, 실시형태 1에 이미 기재되어 있으므로 여기서는 설명을 생략한다. 본 실시형태에서는, 도전막(105a)으로서, 스퍼터법으로 형성된 막 두께 100㎚의 티타늄막을 이용하고, 도전막(105b)으로서, 스퍼터법으로 형성된 막 두께 200㎚의 알루미늄막을 이용한다.First, as shown in Fig. 4 (A), titanium, tungsten, or the like having a low contact resistance with the
도전막(105a)과 도전막(105b)을 형성한 후, 도전막(105b)이 노출된 상태로, 감압 분위기하, 질소, 또는 희가스(아르곤, 헬륨 등)의 불활성 가스 분위기하에서 가열 처리를 수행할 수도 있다. 가열 처리의 온도 범위는 실시형태 1과 마찬가지로 200℃ 내지 450℃로 한다.After the
이어서, 도 4(B)에 나타낸 바와 같이, 도전막(105b)을 에칭 등에 의해 제거한다. 상기 에칭에는, 도전막(105a)이 에칭되는 것을 방지하기 위해, 웨트 에칭을 이용하는 것이 바람직하다. 구체적으로 본 실시형태에서는, 도전막(105b)에 알루미늄막을 이용하고 있으므로, 인산을 포함하는 용액, 예를 들어 와코순약공업 주식회사 제품의 혼산 알루미늄액(2.0중량%의 질산과, 9.8중량%의 초산과, 72.3중량%의 인산을 함유하는 수용액)을 이용한 웨트 에칭에 의해 도전막(105b)을 제거한다. 아울러, 드라이 에칭을 이용하여 도전막(105b)을 제거하는 경우, 염소(Cl2), 염화붕소(BCl3) 등을 포함하는 가스를 이용할 수도 있다. 단, 드라이 에칭의 경우, 티타늄막인 도전막(105a)과, 알루미늄막인 도전막(105b)의 선택비에 차이가 나지 않기 때문에, 에칭 시에 도전막(105a)이 잔존하도록 드라이 에칭의 시간을 제어할 수 있다.Subsequently, as shown in Fig. 4B, the
도전막(105b)에는 산화물 반도체막(104) 내, 게이트 절연막(102) 내, 혹은 산화물 반도체막(104)과 다른 절연막의 계면과 그 근방에 존재하는 수분 또는 수소 등의 불순물이 흡장 혹은 흡착되어 있다. 따라서, 도전막(105b)을 제거함으로써, 도전막(105b)에 흡장 혹은 흡착되어 있는 수분 또는 수소 등의 불순물도 함께 제거할 수 있다.Impurities such as moisture or hydrogen existing in the
이어서, 도 4(C)에 나타낸 바와 같이, 도전막(105a) 위에 전기음성도가 낮은 금속, 금속 화합물 또는 합금을 이용한 도전막(105c)을 새롭게 형성한다. 도전막(105c)에 이용되는 재료의 종류와 그 막 두께의 범위는 도전막(105b)과 동일하게 한다. 본 실시형태에서는, 도전막(105c)과 스퍼터법으로 형성된 막 두께 200㎚의 알루미늄막을 이용한다.Then, as shown in Fig. 4 (C), a
본 발명의 일 양태에서는, 도전막(105b)을 제거한 후에, 전기음성도가 낮은 금속, 금속 화합물 또는 합금을 이용하여 도전막(105c)을 새롭게 형성하고 있다. 도전막(105c)은 이미 불순물이 흡장 혹은 흡착해 있는 도전막(105b)보다 수분 또는 수소 등의 불순물을 흡장 혹은 흡착하기 쉽다. 따라서, 산화물 반도체막(104) 내, 게이트 절연막(102) 내, 혹은 산화물 반도체막(104)과 다른 절연막의 계면과 그 근방에 존재하는 상기 불순물을 실시형태 1의 경우보다 저감시킬 수 있다. 그러므로, 수분, 수소 등의 불순물의 탈리에 의해, i형(진성 반도체) 또는 i형에 한없이 가까운 산화물 반도체막(104)을 얻을 수 있으며, 상기 불순물에 의해 문턱값 전압이 시프트하는 등의 트랜지스터의 특성의 열화가 촉진되는 것을 방지하여, 오프 전류를 저감시킬 수 있다.In one embodiment of the present invention, after the
도전막(105c)을 형성한 후, 도전막(105c)이 노출된 상태에서, 감압 분위기하, 질소, 또는 희가스(아르곤, 헬륨 등)의 불활성 가스 분위하에서, 재차 가열 처리를 수행할 수도 있다. 가열 처리의 온도 범위는 실시형태 1과 마찬가지로 200℃ 내지 450℃로 한다. 상기 가열 처리를 수행함으로써, 산화물 반도체막(104) 내, 게이트 절연막(102) 내, 혹은 산화물 반도체막(104)과 다른 절연막의 계면과 그 근방에 존재하는 수분 또는 수소 등의 불순물이 도전막(105c)에 의해 흡장 혹은 흡착되기 쉽게 할 수 있다.After the
이어서, 도 4(D)에 나타낸 바와 같이, 에칭 등에 의해 도전막(105a) 및 도전막(105c)을 원하는 형상으로 가공(패터닝)함으로써, 소스 전극(126), 드레인 전극(127)을 형성한다. 예를 들어, 도전막(105a)에 티타늄막, 도전막(105c)에 알루미늄막을 이용하는 경우, 인산을 포함하는 용액을 이용하여 도전막(105c)을 웨트 에칭한 후, 암모니아와 과산화수소수를 포함하는 용액(암모니아과수)을 이용하여, 도전막(105a)을 웨트 에칭할 수 있다. 구체적으로, 본 실시형태에서는, 인산을 포함하는 용액으로서, 와코순약공업 주식회사 제품의 혼산 알루미늄액(2.0중량%의 질산과, 9.8중량%의 초산과, 72.3중량%의 인산을 함유하는 수용액)을 이용한다. 또한, 암모니아과수는 구체적으로는 31중량%의 과산화수소수와 28중량%의 암모니아수와 물을 체적비 5:2:2로 혼합한 수용액을 이용한다. 혹은, 염소(Cl2), 염화붕소(BCl3) 등을 포함하는 가스를 이용하여, 도전막(105a)과 도전막(105c)을 드라이 에칭할 수도 있다.Then, as shown in Fig. 4D, the
상기 패터닝에 의해 소스 전극(126)과 드레인 전극(127)을 형성할 시에, 섬 형상의 산화물 반도체막(104)의 노출된 부분이 일부 에칭됨으로써 홈부(오목부)가 형성되는 경우도 있다. 본 실시형태에서는, 상기 에칭에 의해 홈부(오목부)를 갖는 섬 형상의 산화물 반도체막(128)이 형성되는 경우를 예시한다. 소스 전극(126), 드레인 전극(127)의 일부로서 이용되고 있는 도전막(105a)은 산화물 반도체막(128)과 접하고 있다. 그리고 또한 도전막(105a)에는 상술한 바와 같이 산화물 반도체막(128)과의 접촉 저항이 낮은 금속재료가 이용되고 있으므로, 소스 전극(126), 드레인 전극(127)과, 산화물 반도체막(128)과의 사이에서의 접촉 저항이 저감된다. 그러므로, TFT의 온 전류 및 전계 효과 이동도를 높일 수 있다.When the
그리고 소스 전극(126), 드레인 전극(127)을 형성한 후에는, 소스 전극(126), 드레인 전극(127) 및 산화물 반도체막(128)을 덮도록 절연막(129)을 형성한다. 절연막(129)에 이용되는 재료의 종류, 구조, 그 막 두께의 범위에 대해서는, 실시형태 1에 기재된 절연막(109)과 동일한 것으로 한다. 본 실시형태에서는, 스퍼터법으로 형성된 막 두께 200㎚의 산화 규소막 위에 스퍼터법으로 형성된 막 두께 100㎚의 질화 규소막을 적층시킨 구조를 갖는 절연막(129)을 형성한다. 성막 시의 기판 온도는 실온 이상 300℃ 이하일 수 있으며, 본 실시형태에서는 100℃로 한다.After the
소스 전극(126) 또는 드레인 전극(127)의 사이에 마련된 산화물 반도체막(128)의 노출 영역과, 절연막(129)을 구성하는 산화 규소가 접하여 마련됨으로써, 절연막(129)과 접하는 산화물 반도체막(128)의 영역이 고저항화(캐리어 농도가 낮아지는, 바람직하게는 1×1018/㎤ 미만)되어, 고저항화된 채널 형성 영역을 갖는 산화물 반도체막(128)을 형성할 수 있다.The exposed region of the
절연막(129)을 형성한 후에 가열 처리를 실시할 수도 있다. 상기 가열 처리의 조건에 대해서는, 실시형태 1에 있어서 절연막(109)을 형성한 후에 수행되는 가열 처리의 조건을 참조하면 된다.After the insulating
상기 제작 방법에 따라 형성된 박막 트랜지스터(120)는 게이트 전극(101)과, 게이트 전극(101) 상의 게이트 절연막(102)과, 게이트 절연막(102) 상의 산화물 반도체막(128)과, 산화물 반도체막(128) 상의 소스 전극(126) 및 드레인 전극(127)과, 소스 전극(126), 드레인 전극(127) 및 산화물 반도체막(128) 상의 절연막(129)을 갖는다.The
이어서, 절연막(129) 위에 도전막을 형성한 후, 그 도전막을 패터닝함으로써, 산화물 반도체막(128)과 중첩되는 위치에 백게이트 전극을 형성할 수도 있다. 백게이트 전극에 이용되는 재료의 종류, 구조, 그 막 두께의 범위에 대해서는, 실시형태 1에 기재된 백게이트 전극(111)과 동일하므로, 여기서는 설명을 생략한다.Next, a back gate electrode may be formed at a position overlapping the
백게이트 전극을 형성한 경우, 백게이트 전극을 덮도록 절연막을 형성한다. 백게이트 전극을 덮는 절연막에 이용되는 재료의 종류, 구조, 그 막 두께의 범위에 대해서는, 실시형태 1에 기재된 절연막(112)과 동일하므로, 여기서는 설명을 생략한다.When the back gate electrode is formed, an insulating film is formed so as to cover the back gate electrode. The kind, structure, and range of the film thickness of the material used for the insulating film covering the back gate electrode are the same as those of the insulating
본 실시형태는 상기 실시형태와 적절히 조합하여 실시하는 것이 가능하다.
The present embodiment can be implemented in appropriate combination with the above embodiment.
(실시형태 3)(Embodiment 3)
채널 에치 구조의 보텀 게이트형 박막 트랜지스터를 예로 들어, 반도체 장치의 제작 방법에 대해서 도 5(A) 내지 도 5(D)를 이용하여 설명한다.A manufacturing method of a semiconductor device will be described with reference to FIGS. 5A to 5D, taking an example of a bottom gate type thin film transistor having a channel etch structure. FIG.
우선, 실시형태 1에 있어서 나타낸 제작 방법에 따라, 도 5(A)에 나타낸 바와 같이, 섬 형상의 산화물 반도체막(104) 위에 산화물 반도체막(104)과의 접촉 저항이 낮은 티타늄, 텅스텐 또는 몰리브덴 등의 금속재료를 이용한 도전막(105a) 위에, 전기음성도가 낮은 금속, 금속 화합물 또는 합금을 이용한 도전막(105b)을 형성한다. 도전막(105a)과 도전막(105b)에 이용되는 재료의 종류, 구조, 그 막 두께의 범위에 대해서는 실시형태 1에 이미 기재하고 있으므로, 여기서는 설명을 생략한다. 본 실시형태에서는, 도전막(105a)으로서, 스퍼터법으로 형성된 막 두께 100㎚의 티타늄막을 이용하고, 도전막(105b)으로서, 스퍼터법으로 형성된 막 두께 200㎚의 알루미늄막을 이용한다.First, as shown in Fig. 5 (A), the island-shaped
도전막(105a)과 도전막(105b)을 형성한 후, 도전막(105b)이 노출된 상태로, 감압 분위기하, 질소, 또는 희가스(아르곤, 헬륨 등)의 불활성 가스 분위기하에서 가열 처리를 수행할 수도 있다. 가열 처리의 온도 범위는 실시형태 1과 마찬가지로 200℃ 내지 450℃로 한다.After the
이어서, 도 5(B)에 나타낸 바와 같이, 도전막(105b)을 에칭 등에 의해 제거한다. 상기 에칭으로는, 도전막(105a)이 에칭되는 것을 방지하기 위해서, 웨트 에칭을 이용하는 것이 바람직하다. 구체적으로 본 실시형태에서는, 도전막(105b)에 알루미늄막을 이용하고 있으므로, 인산을 포함하는 용액, 예를 들어 와코순약공업 주식회사 제품의 혼산 알루미늄액(2.0중량%의 질산과, 9.8중량%의 초산과, 72.3중량%의 인산을 함유하는 수용액)을 이용한 웨트 에칭에 의해 도전막(105b)을 제거한다. 또한, 드라이 에칭을 이용하여 도전막(105b)을 제거하는 경우, 염소(Cl2), 염화붕소(BCl3) 등을 포함하는 가스를 이용할 수 있다. 단, 드라이 에칭의 경우, 티타늄막인 도전막(105a)과, 알루미늄막인 도전막(105b)의 선택비에 차이가 나지 않기 때문에, 에칭 시에 도전막(105a)이 잔존하도록 드라이 에칭의 시간을 제어할 수 있다.Subsequently, as shown in Fig. 5B, the
도전막(105b)에는 산화물 반도체막(104) 내, 게이트 절연막(102) 내, 혹은 산화물 반도체막(104)과 다른 절연막의 계면과 그 근방에 존재하는 수분, 또는 수소 등의 불순물이 흡장 혹은 흡착되어 있다. 따라서, 도전막(105b)을 제거함으로써, 도전막(105b)에 흡장 혹은 흡착되어 있는 수분 또는 수소 등의 불순물도 함께 제거할 수 있다.Impurities such as moisture or hydrogen existing in the
이어서, 도 5(C)에 나타낸 바와 같이, 도전막(105a) 위에, 전기음성도가 낮은 금속, 금속 화합물 또는 합금을 이용한 도전막(105c)과, 도전막(105c)의 산화를 방지할 수 있는 티타늄, 텅스텐 또는 몰리브덴 등의 금속재료를 이용한 도전막(105d)을 새롭게 형성한다. 도전막(105c)에 이용되는 재료의 종류와 그 막 두께의 범위는 도전막(105b)과 동일하게 한다. 또한, 도전막(105d)의 막 두께는 10㎚~200㎚, 바람직하게는 50㎚~150㎚로 하는 것이 바람직하다. 본 실시형태에서는, 도전막(105c)으로서, 스퍼터법으로 형성된 막 두께 200㎚의 알루미늄막을 이용하고, 도전막(105d)으로서 스퍼터법으로 형성된 막 두께 100㎚의 티타늄막을 이용한다.Next, as shown in Fig. 5C, a
본 발명의 일 양태에서는, 도전막(105b)을 제거한 후에, 전기음성도가 낮은 금속, 금속 화합물 또는 합금을 이용하여, 도전막(105c)을 새롭게 형성한다. 도전막(105c)은 이미 불순물이 흡장 혹은 흡착해 있는 도전막(105b)보다 수분 또는 수소 등의 불순물을 흡장 혹은 흡착하기 쉽다. 따라서, 산화물 반도체막(104) 내, 게이트 절연막(102) 내, 혹은 산화물 반도체막(104)과 다른 절연막의 계면과 그 근방에 존재하는 상기 불순물을 실시형태 1의 경우보다 저감시킬 수 있다. 그러므로, 수분, 수소 등의 불순물의 탈리에 의해, i형(진성 반도체) 또는 i형에 한없이 가까운 산화물 반도체막(104)을 얻을 수 있고, 상기 불순물에 의해 문턱값 전압이 시프트하는 등의 트랜지스터의 특성의 열화가 촉진되는 것을 방지하여, 오프 전류를 저감시킬 수 있다.In one embodiment of the present invention, after the
도전막(105d)을 형성한 후, 도전막(105d)이 노출된 상태로, 감압 분위기하, 질소, 또는 희가스(아르곤, 헬륨 등)의 불활성 가스 분위기하에서, 재차 가열 처리를 수행할 수도 있다. 가열 처리의 온도 범위는 실시형태 1과 마찬가지로 200℃ 내지 450℃로 한다. 상기 가열 처리를 수행함으로써, 산화물 반도체막(104) 내, 게이트 절연막(102) 내, 혹은 산화물 반도체막(104)과 다른 절연막의 계면과 그 근방에 존재하는 수분 또는 수소 등의 불순물이 도전막(105c)에 의해 흡장 혹은 흡착되기 쉽게 할 수 있다.After the formation of the
이어서, 도 5(D)에 나타낸 바와 같이, 에칭 등에 의해 도전막(105a), 도전막(105c) 및 도전막(105d)을 원하는 형상으로 가공(패터닝)함으로써, 소스 전극(136), 드레인 전극(137)을 형성한다. 예를 들어, 도전막(105a)에 티타늄막, 도전막(105c)에 알루미늄막, 도전막(105d)에 티타늄막을 이용하는 경우, 암모니아와 과산화수소수를 포함하는 용액(암모니아과수)을 이용하여, 도전막(105d)을 웨트 에칭 한 후, 인산을 포함하는 용액을 이용하여 도전막(105c)을 웨트 에칭하고, 계속해서, 암모니아와 과산화수소수를 포함하는 용액(암모니아과수)을 이용하여, 도전막(105a)을 웨트 에칭할 수 있다. 구체적으로, 본 실시형태에서는, 인산을 포함하는 용액으로서, 와코순약공업 주식회사 제품의 혼산 알루미늄액(2.0중량%의 질산과, 9.8중량%의 초산과, 72.3중량%의 인산을 함유하는 수용액)을 이용한다. 또한, 암모니아과수는 구체적으로는 31중량%의 과산화 수소수와 28중량%의 암모니아수와 물을 체적비 5:2:2로 혼합한 수용액을 이용한다. 혹은, 염소(Cl2), 염화붕소(BCl3) 등을 포함하는 가스를 이용하여, 도전막(105a), 도전막(105c) 및 도전막(105d)을 드라이 에칭할 수도 있다.5D, the
상기 패터닝에 의해 소스 전극(136)과 드레인 전극(137)을 형성할 시에, 섬 형상의 산화물 반도체막(104)의 노출된 부분이 일부 에칭됨으로써 홈부(오목부)가 형성되는 경우도 있다. 본 실시형태에서는, 상기 에칭에 의해 홈부(오목부)를 갖는 섬 형상의 산화물 반도체막(138)이 형성되는 경우를 예시한다. 소스 전극(136), 드레인 전극(137)의 일부로서 이용되고 있는 도전막(105a)은 산화물 반도체막(138)과 접하고 있다. 그리고 또한 도전막(105a)에는 상술한 바와 같이 산화물 반도체막과의 접촉 저항이 낮은 금속재료가 이용되고 있으므로, 소스 전극(136), 드레인 전극(137)과 산화물 반도체막(138)과의 사이에서의 접촉 저항이 저감된다. 그러므로, TFT의 온 전류 및 전계 효과 이동도를 높일 수 있다.When the
그리고 소스 전극(136), 드레인 전극(137)을 형성한 후에는, 소스 전극(136), 드레인 전극(137) 및 산화물 반도체막(138)을 덮도록 절연막(139)을 형성한다. 절연막(139)에 이용되는 재료의 종류, 구조, 그 막 두께의 범위에 대해서는, 실시형태 1에 기재된 절연막(109)과 동일한 것으로 한다. 본 실시형태에서는, 스퍼터법으로 형성된 막 두께 200㎚의 산화 규소막 위에, 스퍼터법으로 형성된 막 두께 100㎚의 질화 규소막을 적층시킨 구조를 갖는 절연막(139)을 형성한다. 성막 시의 기판 온도는 실온 이상 300℃ 이하일 수 있고, 본 실시형태에서는 100℃로 한다.After the
소스 전극(136) 또는 드레인 전극(137)의 사이에 마련된 산화물 반도체막(138)의 노출 영역과, 절연막(139)을 구성하는 산화 규소가 접하여 마련되어 있으므로, 절연막(139)과 접하는 산화물 반도체막(138)의 영역에 산소가 공여되어, 고저항화(캐리어 농도가 낮아지는, 바람직하게는 1×1018/㎤ 미만)되어, 고저항화된 채널 형성 영역을 갖는 산화물 반도체막(138)을 형성할 수 있다.Since the exposed region of the
절연막(139)를 형성한 후에, 가열 처리를 수행할 수도 있다. 상기 가열 처리의 조건에 대해서는, 실시형태 1에 있어서 절연막(109)을 형성한 후에 수행되는 가열 처리의 조건을 참조하면 된다.After forming the insulating
상기 제작 방법에 따라 형성된 박막 트랜지스터(130)는, 게이트 전극(101)과, 게이트 전극(101) 상의 게이트 절연막(102)과, 게이트 절연막(102) 상의 산화물 반도체막(138)과, 산화물 반도체막(138) 상의 소스 전극(136) 및 드레인 전극(137)과, 소스 전극(136), 드레인 전극(137) 및 산화물 반도체막(138) 상의 절연막(139)을 갖는다.The
이어서, 절연막(139) 위에 도전막을 형성한 후, 그 도전막을 패터닝함으로써, 산화물 반도체막(138)과 중첩되는 위치에 백게이트 전극을 형성할 수도 있다. 백게이트 전극에 이용되는 재료의 종류, 구조, 그 막 두께의 범위에 대해서는, 실시형태 1에 기재된 백게이트 전극(111)과 동일하므로, 여기서는 설명을 생략한다.Next, a back gate electrode may be formed at a position overlapping the
백게이트 전극을 형성한 경우, 백게이트 전극을 덮도록 절연막을 형성한다. 백게이트 전극을 덮는 절연막에 이용되는 재료의 종류, 구조, 그 막 두께의 범위에 대해서는, 실시형태 1에 기재된 절연막(112)과 동일하므로, 여기서는 설명을 생략한다.When the back gate electrode is formed, an insulating film is formed so as to cover the back gate electrode. The kind, structure, and range of the film thickness of the material used for the insulating film covering the back gate electrode are the same as those of the insulating
본 실시형태는 상기 실시형태와 적절히 조합하여 실시하는 것이 가능하다.
The present embodiment can be implemented in appropriate combination with the above embodiment.
(실시형태 4)(Fourth Embodiment)
채널 에치 구조의 보텀 게이트형 박막 트랜지스터를 예로 들어, 반도체 장치의 제작 방법에 대해서 도 6(A) 내지 도 6(D)를 이용하여 설명한다.A manufacturing method of a semiconductor device will be described with reference to FIGS. 6 (A) to 6 (D), taking a bottom gate type thin film transistor having a channel etch structure as an example.
우선, 실시형태 1에 있어서 나타낸 제작 방법에 따라, 도 6(A)에 나타낸 바와 같이, 섬 형상의 산화물 반도체막(104) 위에, 산화물 반도체막(104)과의 접촉 저항이 낮은 티타늄, 텅스텐 또는 몰리브덴 등의 금속재료를 이용한 도전막(105a) 위에, 전기음성도가 낮은 금속, 금속 화합물 또는 합금을 이용한 도전막(105b)을 형성한다. 도전막(105a)과 도전막(105b)에 이용되는 재료의 종류, 구조, 그 막 두께의 범위에 대해서는, 실시형태 1에 이미 기재하고 있으므로, 여기서는 설명을 생략한다. 본 실시형태에서는, 도전막(105a)으로서, 스퍼터법으로 형성된 막 두께 100㎚의 티타늄막을 이용하고, 도전막(105b)으로서, 스퍼터법으로 형성된 막 두께 200㎚의 알루미늄막을 이용한다.First, as shown in Fig. 6 (A), on the island-shaped
도전막(105a)과 도전막(105b)을 형성한 후, 도전막(105b)이 노출된 상태로, 감압 분위기하, 질소 또는 희가스(아르곤, 헬륨 등)의 불활성 가스 분위기하에서 가열 처리를 수행할 수도 있다. 가열 처리의 온도 범위는 실시형태 1과 마찬가지로 200℃ 내지 450℃로 한다.After the
이어서, 도 6(B)에 나타낸 바와 같이, 도전막(105b)을 에칭 등에 의해 제거한다. 상기 에칭에는, 도전막(105a)이 에칭되는 것을 방지하기 위해서, 웨트 에칭을 이용하는 것이 바람직하다. 구체적으로 본 실시형태에서는, 도전막(105b)에 알루미늄막을 이용하고 있으므로, 인산을 포함하는 용액, 예를 들어 와코순약공업 주식회사 제품의 혼산 알루미늄액(2.0중량%의 질산과, 9.8중량%의 초산과, 72.3중량%의 인산을 함유하는 수용액)을 이용한 웨트 에칭에 의해 도전막(105b)을 제거한다. 또한, 드라이 에칭을 이용하여 도전막(105b)을 제거하는 경우, 염소(Cl2), 염화붕소(BCl3) 등을 포함하는 가스를 이용할 수 있다. 단, 드라이 에칭의 경우, 티타늄막인 도전막(105a)과, 알루미늄막인 도전막(105b)의 선택비에 차이가 나지 않기 때문에, 에칭 시에 도전막(105a)이 잔존하도록 드라이 에칭의 시간을 제어할 수 있다.Subsequently, as shown in Fig. 6B, the
도전막(105b)에는 산화물 반도체막(104) 내, 게이트 절연막(102) 내, 혹은 산화물 반도체막(104)과 다른 절연막의 계면과 그 근방에 존재하는 수분, 또는 수소 등의 불순물이 흡장 혹은 흡착되어 있다. 따라서, 도전막(105b)을 제거함으로써, 도전막(105b)에 흡장 혹은 흡착되어 있는 수분 또는 수소 등의 불순물도 함께 제거할 수 있다.Impurities such as moisture or hydrogen existing in the
이어서, 도 6(C)에 나타낸 바와 같이, 도전막(105a) 위에, 산화물 반도체막(104)과의 접촉 저항이 낮은 티타늄, 텅스텐 또는 몰리브덴 등의 금속재료를 이용한 도전막(105e)과, 전기음성도가 낮은 금속, 금속 화합물 또는 합금을 이용한 도전막(105c)과, 도전막(105c)의 산화를 방지할 수 있는 티타늄, 텅스텐 또는 몰리브덴 등의 금속재료를 이용한 도전막(105d)을 새롭게 형성한다. 도전막(105e) 또는 도전막(105d)의 막 두께의 범위는 도전막(105a)과 동일한 것으로 한다. 도전막(105c)에 이용되는 재료의 종류와 그 막 두께의 범위는 도전막(105b)과 동일한 것으로 한다. 본 실시형태에서는, 도전막(105c)으로서, 스퍼터법으로 형성된 막 두께 200㎚의 알루미늄막을 이용하고, 도전막(105d)으로서, 스퍼터법으로 형성된 막 두께 100㎚의 티타늄막을 이용하고, 도전막(105e)으로서, 스퍼터법으로 형성된 막 두께 100㎚의 티타늄막을 이용한다.6C, a
본 발명의 일 양태에서는, 도전막(105b)을 제거한 후에, 전기음성도가 낮은 금속, 금속 화합물 또는 합금을 이용하여, 도전막(105c)을 새롭게 형성하고 있다. 도전막(105c)은 이미 불순물이 흡장 혹은 흡착해 있는 도전막(105b)보다 수분 또는 수소 등의 불순물을 흡장 혹은 흡착하기 쉽다. 따라서, 산화물 반도체막(104) 내, 게이트 절연막(102) 내, 혹은 산화물 반도체막(104)과 다른 절연막의 계면과 그 근방에 존재하는 상기 불순물을 실시형태 1의 경우보다 저감시킬 수 있다. 그러므로, 수분, 수소 등의 불순물의 탈리에 의해, i형(진성 반도체) 또는 i형에 한없어 가까운 산화물 반도체막(104)을 얻을 수 있고, 상기 불순물에 의해 문턱값 전압이 시프트하는 등의 트랜지스터의 특성의 열화가 촉진되는 것을 방지하여, 오프 전류를 저감시킬 수 있다.In one embodiment of the present invention, after the
도전막(105d)을 형성한 후, 도전막(105d)이 노출된 상태로, 감압 분위기하, 질소 또는 희가스(아르곤, 헬륨 등)의 불활성 가스 분위기하에서, 재차 가열 처리를 수행할 수도 있다. 가열 처리의 온도 범위는 실시형태 1과 마찬가지로 200℃ 내지 450℃로 한다. 상기 가열 처리를 수행함으로써, 산화물 반도체막(104) 내, 게이트 절연막(102) 내, 혹은 산화물 반도체막(104)과 다른 절연막의 계면과 그 근방에 존재하는 수분 또는 수소 등의 불순물이 도전막(105c)에 의해 흡장 혹은 흡착되기 쉽게 할 수 있다.After the
이어서, 도 6(D)에 나타낸 바와 같이, 에칭 등에 의해 도전막(105a), 도전막(105c), 도전막(105d) 및 도전막(105e)을 원하는 형상으로 가공(패터닝)함으로써, 소스 전극(146), 드레인 전극(147)을 형성한다. 예를 들어, 도전막(105a)에 티타늄막, 도전막(105c)에 알루미늄막, 도전막(105d)에 티타늄막, 도전막(105e)에 티타늄막을 이용하고 있는 경우, 암모니아와 과산화수소수를 포함하는 용액(암모니아과수)을 이용하여, 도전막(105d)을 웨트 에칭 한 후, 인산을 포함하는 용액을 이용하여 도전막(105c)을 웨트 에칭하고, 계속해서, 암모니아와 과산화수소수를 포함하는 용액(암모니아과수)을 이용하여, 도전막(105e) 및 도전막(105a)을 웨트 에칭할 수도 있다. 구체적으로, 본 실시형태에서는, 인산을 포함하는 용액으로서, 와코순약공업 주식회사 제품의 혼산 알루미늄액(2.0중량%의 질산과, 9.8중량%의 초산과, 72.3중량%의 인산을 함유하는 수용액)을 이용한다. 또한, 암모니아과수는 구체적으로는 31중량%의 과산화수소수와 28중량%의 암모니아수와 물을 체적비 5:2:2로 혼합한 수용액을 이용한다. 혹은, 염소(Cl2), 염화붕소(BCl3) 등을 포함하는 가스를 이용하여, 도전막(105a), 도전막(105c), 도전막(105d) 및 도전막(105e)을 드라이 에칭할 수도 있다.6 (D), the
상기 패터닝에 의해 소스 전극(146)과 드레인 전극(147)을 형성할 시에, 섬 형상의 산화물 반도체막(104)의 노출된 부분이 일부 에칭됨으로써 홈부(오목부)가 형성되는 경우도 있다. 본 실시형태에서는, 상기 에칭에 의해 홈부(오목부)를 갖는 섬 형상의 산화물 반도체막(148)이 형성되는 경우를 예시한다. 소스 전극(146), 드레인 전극(147)의 일부로서 이용되고 있는 도전막(105a)은 산화물 반도체막(148)과 접하고 있다. 그리고 또한 도전막(105a)에는 상술한 바와 같이 산화물 반도체막(148)과의 접촉 저항이 낮은 금속재료가 이용되고 있으므로, 소스 전극(146), 드레인 전극(147)과, 산화물 반도체막(148)과의 사이에서의 접촉 저항이 저감된다. 그러므로, TFT의 온 전류 및 전계 효과 이동도를 높일 수 있다.When the
그리고 소스 전극(146), 드레인 전극(147)을 형성한 후에는, 소스 전극(146), 드레인 전극(147) 및 산화물 반도체막(148)을 덮도록 절연막(149)을 형성한다. 절연막(149)에 이용되는 재료의 종류, 구조, 그 막 두께의 범위에 대해서는, 실시형태 1에 기재된 절연막(109)과 동일한 것으로 한다. 본 실시형태에서는, 스퍼터법으로 형성된 막 두께 200㎚의 산화 규소막 위에, 스퍼터법으로 형성된 막 두께 100㎚의 질화 규소막을 적층시킨 구조를 갖는 절연막(149)을 형성한다. 성막 시의 기판 온도는 실온 이상 300℃ 이하일 수 있으며, 본 실시형태에서는 100℃로 한다.After the
소스 전극(146) 또는 드레인 전극(147)의 사이에 마련된 산화물 반도체막(148)의 노출 영역과, 절연막(149)을 구성하는 산화 규소가 접하여 마련됨으로써, 절연막(149)과 접하는 산화물 반도체막(148)의 영역에 산소가 공여되어, 고저항화(캐리어 농도가 낮아지는, 바람직하게는 1×1018/㎤ 미만)되어, 고저항화된 채널 형성 영역을 갖는 산화물 반도체막(148)을 형성할 수 있다.The exposed region of the
절연막(149)을 형성한 후에, 가열 처리를 실시할 수도 있다. 상기 가열 처리의 조건에 대해서는, 실시형태 1에 있어서 절연막(109)을 형성한 후에 수행되는 가열 처리의 조건을 참조하면 된다.After the insulating
상기 제작 방법에 따라 형성된 박막 트랜지스터(140)는 게이트 전극(101)과, 게이트 전극(101) 상의 게이트 절연막(102)과, 게이트 절연막(102) 상의 산화물 반도체막(148)과, 산화물 반도체막(148) 상의 소스 전극(146) 및 드레인 전극(147)과, 소스 전극(146), 드레인 전극(147) 및 산화물 반도체막(148) 상의 절연막(149)을 갖는다.The
이어서, 절연막(149) 위에 도전막을 형성한 후, 그 도전막을 패터닝함으로써, 산화물 반도체막(148)과 중첩되는 위치에 백게이트 전극을 형성할 수도 있다. 백게이트 전극에 이용되는 재료의 종류, 구조, 그 막 두께의 범위에 대해서는, 실시형태 1에 기재된 백게이트 전극(111)과 동일하므로, 여기서는 설명을 생략한다.Then, a back gate electrode may be formed at a position overlapping the
백게이트 전극을 형성한 경우, 백게이트 전극을 덮도록 절연막을 형성한다. 백게이트 전극을 덮는 절연막에 이용되는 재료의 종류, 구조, 그 막 두께의 범위에 대해서는, 실시형태 1에 기재된 절연막(112)과 동일하기 때문에, 여기서는 설명을 생략한다.When the back gate electrode is formed, an insulating film is formed so as to cover the back gate electrode. The kind, structure, and range of the film thickness of the material used for the insulating film covering the back gate electrode are the same as those of the insulating
본 실시형태는 상기 실시형태와 적절히 조합하여 실시하는 것이 가능하다.
The present embodiment can be implemented in appropriate combination with the above embodiment.
(실시형태 5)(Embodiment 5)
본 실시형태에서는, 채널 보호 구조의 보텀 게이트형 박막 트랜지스터를 예로 들어, 반도체 장치의 제작 방법에 대해서 도 7(A) 내지 도 7(E), 도 8 및 도 9(A) 내지 도 9(C)를 이용하여 설명한다. 실시형태 1과 동일하게 수행할 수 있으므로, 반복 설명은 생략한다.7 (A) to 7 (E), 8 and 9 (A) to 9 (C) show a method of manufacturing a semiconductor device by taking a bottom gate type thin film transistor having a channel protection structure as an example, ). It can be carried out in the same manner as
도 7(A)에 나타낸 바와 같이, 절연 표면을 갖는 기판(300) 위에 게이트 전극(301)을 형성한다. 하지막이 되는 절연막을 기판(300)과 게이트 전극(301)의 사이에 마련할 수도 있다. 게이트 전극(301)의 재료, 구조 및 막 두께에 대해서는, 실시형태 1에 나타낸 게이트 전극(301)에 대한 기재를 참조하면 된다. 하지막의 재료, 구조 및 막 두께에 대해서는, 실시형태 1에 나타낸 하지막에 대한 기재를 참조하면 된다.As shown in Fig. 7 (A), a
이어서, 게이트 전극(301) 위에 게이트 절연막(302)을 형성한다. 게이트 절연막(302)의 재료, 막 두께 및 구조와 제작 방법에 대해서는, 실시형태 1에 나타낸 게이트 절연막(302)에 대한 기재를 참조하면 된다.Then, a
이어서, 게이트 절연막(302) 위에 섬 형상의 산화물 반도체막(303)을 형성한다. 섬 형상의 산화물 반도체막(303)의 재료, 막 두께 및 구조와 제작 방법에 대해서는, 실시형태 1에 나타낸 산화물 반도체막(103)에 대한 기재를 참조하면 된다.Then, an island-shaped
이어서, 감압 분위기하, 질소나 희가스 등의 불활성 가스 분위기하, 산소 가스 분위기하, 또는 초건조 에어(CRDS(캐비티 링 다운 레이저 분광법)방식의 노점계를 이용하여 측정한 경우의 수분량이 20ppm(노점 환산으로 -55℃) 이하, 바람직하게는 1ppm 이하, 바람직하게는 10ppb 이하의 공기) 분위기하에서, 섬 형상의 산화물 반도체막(303)에 가열 처리를 실시한다. 산화물 반도체막(303)에의 가열 처리에 대해서는, 실시형태 1에서 나타낸 산화물 반도체막(103)에의 가열 처리에 대한 설명을 참조하면 된다. 산화물 반도체막(303)을 상기 분위기하에서 가열 처리함으로써, 도 7(B)에 나타낸 바와 같이, 산화물 반도체막(303)에 포함되는 수분, 수소가 탈리된 섬 형상의 산화물 반도체막(304)이 형성된다. 섬 형상의 산화물 반도체막(304)은 상기 가열 처리에 의해 수분, 수소 등의 불순물이 탈리하여, i형(진성 반도체) 또는 i형에 한없이 가까워지기 때문에, 상기 불순물에 의해 문턱값 전압이 시프트하는 등의 트랜지스터의 특성의 열화가 촉진되는 것을 방지하여, 오프 전류를 저감시킬 수 있다.Subsequently, in the atmosphere of an inert gas such as nitrogen or noble gas in a reduced pressure atmosphere, the moisture content when measured using an oxygen gas atmosphere or using a dew point system of a super-drying air (CRDS (Cavity Ring Down Laser Spectroscopy) method) of 20 ppm Shaped
이어서, 도 7(C)에 나타낸 바와 같이, 산화물 반도체막(304)의 채널 형성 영역이 되는 부분과 중첩되도록, 산화물 반도체막(304) 위에 채널 보호막(311)을 형성한다. 채널 보호막(311)을 마련함으로써, 산화물 반도체막(304)의 채널 형성 영역이 되는 부분에 대한, 이후의 공정 시에서의 데미지(에칭 시의 플라즈마나 에칭제에 의한 막 감소 등)를 방지할 수 있다. 따라서 박막 트랜지스터의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.Then, as shown in Fig. 7C, a channel
채널 보호막(311)에는, 산소를 포함하는 무기 재료(산화 규소, 산화질화 규소, 질화산화 규소 등)를 이용할 수 있다. 채널 보호막(311)은 플라즈마 CVD법이나 열 CVD법 등의 기상 성장법이나 스퍼터링법을 이용하여 형성할 수 있다. 채널 보호막(311)은 성막 후에 에칭에 의해 형상을 가공한다. 여기서는, 스퍼터법에 의해 산화 규소막을 형성하고, 포토리소그래피에 의한 마스크를 이용하여 에칭 가공함으로써 채널 보호막(311)을 형성한다.As the channel
또한, 섬 형상의 산화물 반도체막(304)에 접하여 스퍼터법 또는 PCVD법 등에 의해 산화 규소, 산화질화 규소 등의 절연막인 채널 보호막(311)을 형성하면, 섬 형상의 산화물 반도체막(304)에 있어서 적어도 채널 보호막(311)과 접하는 영역에 산소가 공여되어, 캐리어 농도가 바람직하게는 1×1018/㎤ 미만, 더욱 바람직하게는 1×1014/㎤ 이하까지 낮아짐으로써 고저항화되어, 고저항화 산화물 반도체 영역이 된다. 채널 보호막(311)의 형성에 의해, 산화물 반도체막(304)은 채널 보호막(311)과의 계면 근방에 고저항화 산화물 반도체 영역을 가질 수 있다.When the channel
이어서, 섬 형상의 산화물 반도체막(304) 위에, 산화물 반도체막(304)과의 접촉 저항이 낮은 티타늄, 텅스텐 또는 몰리브덴 등의 금속재료를 이용한 도전막(305a)과, 전기음성도가 낮은 금속, 금속 화합물 또는 합금을 이용한 도전막(305b)을 차례로 형성한다. 도전막(305a)과 도전막(305b)에 이용되는 재료의 종류, 구조, 막 두께의 범위 및 그 제작 방법에 대해서는, 실시형태 1에 나타낸 도전막(105a), 도전막(105b)에 대한 기재를 참조하면 된다. 본 실시형태에서는, 도전막(305a)으로서, 스퍼터법으로 형성된 막 두께 100㎚의 티타늄막을 이용하고, 도전막(305b)으로서, 스퍼터법으로 형성된 막 두께 200㎚의 알루미늄막을 이용한다.Next, a
본 발명의 일 양태에서는, 도전막(305b)으로서 전기음성도가 낮은 금속, 금속 화합물 또는 합금을 이용하고 있으므로, 산화물 반도체막(304) 내, 게이트 절연막(302) 내, 혹은 산화물 반도체막(304)과 다른 절연막의 계면과 그 근방에 존재하는 수분 또는 수소 등의 불순물이 도전막(305b)에 흡장 혹은 흡착된다. 그러므로, 수분, 수소 등의 불순물의 탈리에 의해, i형(진성 반도체) 또는 i형에 한없이 가까운 산화물 반도체막(304)을 얻을 수 있고, 상기 불순물에 의해 문턱값 전압이 시프트하는 등의 트랜지스터의 특성의 열화가 촉진되는 것을 방지하여, 오프 전류를 저감시킬 수 있다.A metal compound or an alloy having a low electronegativity is used as the
도전막(305a)과 도전막(305b)을 형성한 후, 도전막(305b)이 노출된 상태로, 감압 분위기하, 질소 또는 희가스(아르곤, 헬륨 등)의 불활성 가스 분위기하에서 가열 처리를 수행할 수도 있다. 가열 처리의 온도 범위는 실시형태 1과 마찬가지로 200℃ 내지 450℃로 한다.After the
이어서, 도 7(D)에 나타낸 바와 같이, 에칭 등에 의해 도전막(305a) 및 도전막(305b)을 원하는 형상으로 가공(패터닝)함으로써, 소스 전극(306), 드레인 전극(307)을 형성한다. 예를 들어, 도전막(305a)에 티타늄막, 도전막(305b)에 알루미늄막을 이용하는 경우, 인산을 포함하는 용액을 이용하여 도전막(305b)을 웨트 에칭한 후, 암모니아와 과산화수소수를 포함하는 용액(암모니아과수)을 이용하여, 도전막(305a)을 웨트 에칭할 수 있다. 구체적으로, 본 실시형태에서는, 인산을 포함하는 용액으로서 와코순약공업 주식회사 제품의 혼산 알루미늄액(2.0중량%의 질산과, 9.8중량%의 초산과, 72.3중량%의 인산을 함유하는 수용액)을 이용한다. 또한, 암모니아과수는 구체적으로는 31중량%의 과산화수소수와 28중량%의 암모니아수와 물을 체적비 5:2:2로 혼합한 수용액을 이용한다. 혹은, 염소(Cl2), 염화붕소(BCl3) 등을 포함하는 가스를 이용하여, 도전막(305a)과 도전막(305b)을 드라이 에칭할 수도 있다.7 (D), the
소스 전극(306), 드레인 전극(307)의 일부로서 이용되고 있는 도전막(305a)은 산화물 반도체막(304)과 접하고 있다. 그리고 또한 도전막(305a)에는, 상술한 바와 같이 산화물 반도체막과의 접촉 저항이 낮은 금속재료가 이용되고 있으므로, 소스 전극(306), 드레인 전극(307)과 산화물 반도체막(304)과의 사이에서의 접촉 저항이 저감된다. 그러므로, TFT의 온 전류 및 전계 효과 이동도를 높일 수 있다.The
그리고 도 7(E)에 나타낸 바와 같이, 소스 전극(306), 드레인 전극(307)을 형성한 후에는, 산화물 반도체막(304), 소스 전극(306), 드레인 전극(307) 및 채널 보호막(311)을 덮도록 절연막(309)을 형성한다. 절연막(309)에 이용되는 재료의 종류, 구조, 그 막 두께의 범위에 대해서는, 실시형태 1에 기재된 절연막(109)과 동일한 것으로 한다. 본 실시형태에서는, 스퍼터법으로 형성된 막 두께 200㎚의 산화 규소막 위에, 스퍼터법으로 형성된 막 두께 100㎚의 질화 규소막을 적층시킨 구조를 갖는 절연막(309)을 형성한다. 성막 시의 기판 온도는 실온 이상 300℃ 이하일 수 있으며, 본 실시형태에서는 100℃로 한다.After forming the
절연막(309)을 형성한 후에, 가열 처리를 실시할 수도 있다. 상기 가열 처리의 조건에 대해서는, 실시형태 1에 있어서 절연막(109)을 형성한 후에 수행되는 가열 처리의 조건을 참조하면 된다.After forming the insulating
도 8에, 도 7(E)에 나타내는 반도체 장치의 상면도를 나타낸다. 도 7(E)는 도 8의 파선 C1-C2에 있어서의 단면도에 상당한다.Fig. 8 shows a top view of the semiconductor device shown in Fig. 7 (E). Fig. 7 (E) corresponds to a cross-sectional view taken along the broken line C1-C2 in Fig.
상기 제작 방법에 따라 형성된 박막 트랜지스터(310)는, 게이트 전극(301)과, 게이트 전극(301) 상의 게이트 절연막(302)과, 게이트 절연막(302) 상의 산화물 반도체막(304)과, 산화물 반도체막(304) 상의 채널 보호막(311)과, 산화물 반도체막(304) 상의 소스 전극(306) 및 드레인 전극(307)과, 산화물 반도체막(304), 소스 전극(306), 드레인 전극(307) 및 채널 보호막(311) 상의 절연막(309)을 갖는다.The
이어서, 도 9(A)에 나타낸 바와 같이, 절연막(309) 위에 도전막을 형성한 후, 그 도전막을 패터닝함으로써, 산화물 반도체막(304)과 중첩되는 위치에 백게이트 전극(312)을 형성할 수도 있다. 백게이트 전극(312)에 이용되는 재료의 종류, 구조, 그 막 두께의 범위에 대해서는, 실시형태 1에 기재된 백게이트 전극(111)과 동일하므로, 여기서는 설명을 생략한다.9A, the
백게이트 전극(312)을 형성한 경우, 도 9(B)에 나타낸 바와 같이, 백게이트 전극(312)을 덮도록 절연막(313)을 형성한다. 절연막(313)에 이용되는 재료의 종류, 구조, 그 막 두께의 범위에 대해서는, 실시형태 1에 기재된 절연막(112)과 동일하므로, 여기서는 설명을 생략한다.When the
도 9(C)에, 도 9(B)에 나타내는 반도체 장치의 상면도를 나타낸다. 도 9(B)는 도 9(C)의 파선 C1-C2에 있어서의 단면도에 상당한다.Fig. 9 (C) is a top view of the semiconductor device shown in Fig. 9 (B). 9 (B) corresponds to a cross-sectional view taken along the broken line C1-C2 in Fig. 9 (C).
또한, 본 실시형태에서는, 소스 전극과 드레인 전극을 실시형태 1에 나타내는 제작 방법에 따라 형성하고 있는 예를 나타내고 있지만, 본 발명은 이 구성에 한정되지 않는다. 소스 전극과 드레인 전극을 실시형태 2 내지 실시형태 4에 나타내는 제작 방법에 따라 형성할 수도 있다.In this embodiment, the source electrode and the drain electrode are formed according to the manufacturing method shown in
본 실시형태는 상기 실시형태와 적절히 조합하여 실시하는 것이 가능하다.
The present embodiment can be implemented in appropriate combination with the above embodiment.
(실시형태 6)(Embodiment 6)
본 실시형태에서는, 보텀 콘택트형 박막 트랜지스터를 예로 들어, 반도체 장치의 제작 방법에 대해서 도 10(A) 내지 도 10(E) 및 도 11을 이용하여 설명한다. 또한, 실시형태 1과 동일 부분 또는 유사한 기능을 갖는 부분 및 공정은 실시형태 1과 동일하게 수행할 수 있으므로, 반복 설명은 생략한다.In this embodiment mode, a manufacturing method of a semiconductor device will be described with reference to FIGS. 10 (A) to 10 (E) and FIG. 11 by taking a bottom contact type thin film transistor as an example. Parts and processes having the same or similar functions as those of the first embodiment can be carried out in the same manner as in the first embodiment, and thus repeated descriptions thereof will be omitted.
도 10(A)에 나타낸 바와 같이, 절연 표면을 갖는 기판(400) 위에 게이트 전극(401)을 형성한다. 하지막이 되는 절연막을 기판(400)과 게이트 전극(401)의 사이에 마련할 수도 있다. 게이트 전극(401)의 재료, 구조 및 막 두께에 대해서는, 실시형태 1에 나타낸 게이트 전극(401)에 대한 기재를 참조하면 된다. 하지막의 재료, 구조 및 막 두께에 대해서는, 실시형태 1에 나타낸 하지막에 대한 기재를 참조하면 된다.As shown in Fig. 10 (A), a
이어서, 게이트 전극(401) 위에 게이트 절연막(402)을 형성한다. 게이트 절연막(402)의 재료, 막 두께 및 구조와 제작 방법에 대해서는, 실시형태 1에 나타낸 게이트 절연막(402)에 대한 기재를 참조하면 된다.Subsequently, a
이어서, 게이트 절연막(402) 위에, 전기음성도가 낮은 금속, 금속 화합물 또는 합금을 이용한 도전막(405a)과, 산화물 반도체막(404)과의 접촉 저항이 낮은 티타늄, 텅스텐 또는 몰리브덴 등의 금속재료를 이용한 도전막(405b)을 차례로 형성한다. 도전막(405b)과 도전막(405a)에 이용되는 재료의 종류, 구조, 막 두께의 범위 및 그 제작 방법에 대해서는, 실시형태 1에 나타낸 도전막(105a), 도전막(105b)에 대한 기재를 참조하면 된다. 본 실시형태에서는, 도전막(405a)으로서, 스퍼터법으로 형성된 막 두께 200㎚의 알루미늄막을 이용하고, 도전막(405b)으로서 스퍼터법으로 형성된 막 두께 100㎚의 티타늄막을 이용한다.A
도전막(405a)과 도전막(405b)을 형성한 후, 도전막(405b)이 노출된 상태로, 감압 분위기하, 질소 또는 희가스(아르곤, 헬륨 등)의 불활성 가스 분위기하에서 가열 처리를 수행할 수도 있다. 가열 처리의 온도 범위는 실시형태 1과 마찬가지로 200℃ 내지 450℃로 한다. 예를 들어, 도전막(405a)에 알루미늄막, 도전막(405b)에 티타늄막을 이용하는 경우, 암모니아와 과산화수소수를 포함하는 용액(암모니아과수)을 이용하여 도전막(405b)을 웨트 에칭한 후, 인산을 포함하는 용액을 이용하여, 도전막(405a)을 웨트 에칭하면 된다. 구체적으로, 본 실시형태에서는, 인산을 포함하는 용액으로서, 와코순약공업 주식회사 제품의 혼산 알루미늄액(2.0중량%의 질산과, 9.8중량%의 초산과, 72.3중량%의 인산을 함유하는 수용액)을 이용한다. 또한, 암모니아과수는 구체적으로는 31중량%의 과산화수소수와 28중량%의 암모니아수와 물을 체적비 5:2:2로 혼합한 수용액을 이용한다. 혹은, 염소(Cl2), 염화붕소(BCl3) 등을 포함하는 가스를 이용하여, 도전막(405a)과 도전막(405b)을 드라이 에칭할 수도 있다.After the
이어서, 도 10(B)에 나타낸 바와 같이, 에칭 등에 의해 도전막(405a) 및 도전막(405b)을 원하는 형상으로 가공(패터닝)함으로써, 소스 전극(406), 드레인 전극(407)을 형성한다.10 (B), the
이어서, 도 10(C)에 나타낸 바와 같이, 게이트 절연막(402), 소스 전극(406), 드레인 전극(407) 위에 섬 형상의 산화물 반도체막(403)을 형성한다. 섬 형상의 산화물 반도체막(403)의 재료, 막 두께 및 구조와 제작 방법에 대해서는, 실시형태 1에 나타낸 산화물 반도체막(103)에 대한 기재를 참조하면 된다.10 (C), an island-shaped
이어서, 감압 분위기하, 질소나 희가스 등의 불활성 가스 분위기하, 산소 가스 분위기하, 또는 초건조 에어(CRDS(캐비티 링 다운 레이저 분광법)방식의 노점계를 이용하여 측정한 경우의 수분량이 20ppm(노점 환산으로 -55℃) 이하, 바람직하게는 1ppm 이하, 바람직하게는 10ppb 이하의 공기) 분위기하에서, 섬 형상의 산화물 반도체막(403)에 가열 처리를 실시한다. 산화물 반도체막(403)에의 가열 처리에 대해서는, 실시형태 1에서 나타낸 산화물 반도체막(103)에의 가열 처리에 대한 설명을 참조하면 된다. 산화물 반도체막(403)을 상기 분위기하에서 가열 처리함으로써, 도 10(D)에 나타낸 바와 같이, 산화물 반도체막(403)에 포함되는 수분, 수소가 탈리된 섬 형상의 산화물 반도체막(404)이 형성된다. 섬 형상의 산화물 반도체막(404)은 상기 가열 처리에 의해 수분, 수소 등의 불순물이 탈리되어, i형(진성 반도체) 또는 i형에 한없이 가까워지기 때문에, 상기 불순물에 의해 문턱값 전압이 시프트하는 등의 트랜지스터의 특성의 열화가 촉진되는 것을 방지하여, 오프 전류를 저감시킬 수 있다.Subsequently, in the atmosphere of an inert gas such as nitrogen or noble gas in a reduced pressure atmosphere, the moisture content when measured using an oxygen gas atmosphere or using a dew point system of a super-drying air (CRDS (Cavity Ring Down Laser Spectroscopy) method) of 20 ppm Shaped
본 발명의 일 양태에서는, 도전막(405a)으로서 전기음성도가 낮은 금속, 금속 화합물 또는 합금을 이용하고 있으므로, 산화물 반도체막(404) 내, 게이트 절연막(402) 내, 혹은 산화물 반도체막(404)과 다른 절연막의 계면과 그 근방에 존재하는 수분 또는 수소 등의 불순물이 도전막(405a)에 흡장 혹은 흡착된다. 그러므로, 수분, 수소 등의 불순물의 탈리에 의해, i형(진성 반도체) 또는 i형에 한없이 가까운 산화물 반도체막(404)을 얻을 수 있고, 상기 불순물에 의해 문턱값 전압이 시프트하는 등의 트랜지스터의 특성의 열화가 촉진되는 것을 방지하여, 오프 전류를 저감시킬 수 있다.A metal compound or an alloy having a low electronegativity is used as the
또한, 소스 전극(406), 드레인 전극(407)의 일부로서 이용되고 있는 도전막(405b)은 산화물 반도체막(404)과 접하고 있다. 그리고 또한 도전막(405b)에는 상술한 바와 같이 산화물 반도체막과의 접촉 저항이 낮은 금속재료가 이용되고 있으므로, 소스 전극(406), 드레인 전극(407)과 산화물 반도체막(404)과의 사이에서의 접촉 저항이 저감된다. 그러므로, TFT의 온 전류 및 전계 효과 이동도를 높일 수 있다.The
이어서, 도 10(E)에 나타낸 바와 같이, 소스 전극(406), 드레인 전극(407)을 형성한 후에는, 산화물 반도체막(404), 소스 전극(406), 드레인 전극(407)을 덮도록 절연막(409)을 형성한다. 절연막(409)에 이용되는 재료의 종류, 구조, 그 막 두께의 범위에 대해서는, 실시형태 1에 기재된 절연막(109)과 동일한 것으로 한다. 본 실시형태에서는, 스퍼터법으로 형성된 막 두께 200㎚의 산화 규소막 위에, 스퍼터법으로 형성된 막 두께 100㎚의 질화 규소막을 적층시킨 구조를 갖는 절연막(409)을 형성한다. 성막시의 기판 온도는 실온 이상 300℃ 이하일 수 있으며, 본 실시형태에서는 100℃로 한다.10E, after the
절연막(409)을 형성한 후에, 가열 처리를 실시할 수도 있다. 상기 가열 처리의 조건에 대해서는, 실시형태 1에 있어서 절연막(109)을 형성한 후에 수행되는 가열 처리의 조건을 참조하면 된다.After forming the insulating
도 11에, 도 10(E)에 나타내는 반도체 장치의 상면도를 나타낸다. 도 10(E)는 도 11의 파선 B1-B2에 있어서의 단면도에 상당한다.Fig. 11 shows a top view of the semiconductor device shown in Fig. 10 (E). 10 (E) corresponds to a cross-sectional view taken along a broken line B1-B2 in Fig.
상기 제작 방법에 따라 형성된 박막 트랜지스터(410)는, 게이트 전극(401)과, 게이트 전극(401) 상의 게이트 절연막(402)과, 게이트 절연막(402) 상의 소스 전극(406) 및 드레인 전극(407)과, 게이트 절연막(402), 소스 전극(406) 및 드레인 전극(407) 상의 산화물 반도체막(404)과, 산화물 반도체막(404), 소스 전극(406) 및 드레인 전극(407) 상의 절연막(409)을 갖는다.The
이어서, 절연막(409) 위에 도전막을 형성한 후, 그 도전막을 패터닝함으로써, 산화물 반도체막(404)과 중첩되는 위치에 백게이트 전극을 형성할 수도 있다. 백게이트 전극에 이용되는 재료의 종류, 구조, 그 막 두께의 범위에 대해서는, 실시형태 1에 기재된 백게이트 전극(111)과 동일하므로, 여기서는 설명을 생략한다.Then, a back-gate electrode may be formed at a position overlapping the
백게이트 전극을 형성한 경우, 백게이트 전극을 덮도록 절연막을 형성한다. 상기 절연막에 이용되는 재료의 종류, 구조, 그 막 두께의 범위에 대해서는, 실시형태 1에 기재된 절연막(112)과 동일하므로, 여기서는 설명을 생략한다.When the back gate electrode is formed, an insulating film is formed so as to cover the back gate electrode. The kind, structure and film thickness range of the material used for the insulating film are the same as those of the insulating
본 실시형태는 상기 실시형태와 적절히 조합하여 실시하는 것이 가능하다.
The present embodiment can be implemented in appropriate combination with the above embodiment.
(실시형태 7)(Seventh Embodiment)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 양태에 따른 반도체 표시장치의 제작 방법에 대해서, 도 12(A) 내지 도 12(C), 도 13(A) 및 도 13(B), 도 14(A) 및 도 14(B), 도 15, 도 16, 도 17을 이용하여 설명한다.12 (A) to 12 (C), 13 (A) and 13 (B), and 14 (A) show a method of manufacturing a semiconductor display device according to an embodiment of the present invention, And Figs. 14 (B), 15, 16, and 17. Fig.
아울러, 본 명세서 내에서 연속 성막이란, 스퍼터법으로 수행하는 제 1 성막 공정부터 스퍼터법으로 수행하는 제 2 성막 공정까지의 일련의 프로세스 중, 피 처리기판이 놓여져 있는 분위기가 대기 등의 오염 분위기에 접촉하지 않고, 항상 진공중 또는 불활성 가스 분위기(질소 분위기 또는 희가스 분위기)로 제어되어 있는 것을 말한다. 연속 성막을 수행함으로써, 청정화된 피 처리기판의 수분 등의 재부착을 회피하여 성막을 수행할 수 있다.In this specification, the term "continuous film formation" means that, in a series of processes from the first film forming step performed by the sputtering method to the second film forming step performed by the sputtering method, the atmosphere in which the substrate to be processed is placed is set to a polluted atmosphere Is not contacted, and is always controlled in vacuum or in an inert gas atmosphere (nitrogen atmosphere or rare gas atmosphere). By performing continuous film formation, it is possible to perform deposition by avoiding reattachment of moisture and the like of the cleaned substrate to be processed.
동일 챔버 내에서 제 1 성막 공정부터 제 2 성막 공정까지의 일련의 프로세스를 수행하는 것은 본 명세서에 있어서의 연속 성막의 범위에 있는 것으로 한다.It is assumed that the series of processes from the first film forming step to the second film forming step in the same chamber is within the scope of continuous film formation in this specification.
또한, 서로 다른 챔버에서 제 1 성막 공정부터 제 2 성막 공정까지의 일련의 프로세스를 수행하는 경우, 제 1 성막 공정을 끝낸 후, 대기에 접촉하지 않고 챔버 사이를 기판 반송하여 제 2 성막을 실시하는 것도 본 명세서에 있어서의 연속 성막의 범위에 있는 것으로 한다.When a series of processes from the first film forming step to the second film forming step are performed in different chambers, after the first film forming step is completed, the second film forming is carried out by transferring the substrates between the chambers without contacting the atmosphere Is also within the scope of continuous film formation in this specification.
아울러, 제 1 성막 공정과 제 2 성막 공정의 사이에, 기판 반송 공정, 얼라인먼트 공정, 서냉 공정, 또는 제 2 공정에 필요한 온도로 하기 위해 기판을 가열 또는 냉각하는 공정 등을 가져도, 본 명세서에 있어서의 연속 성막의 범위에 있는 것으로 한다.In addition, even if the substrate is heated or cooled to a temperature required for the substrate transporting step, the aligning step, the slow cooling step, or the second step, between the first film forming step and the second film forming step, Is within the range of the continuous film formation.
단, 세정 공정, 웨트 에칭, 레지스트 형성이라는 액체를 이용하는 공정이 제 1 성막 공정과 제 2 성막 공정의 사이에 있는 경우, 본 명세서에서 말하는 연속 성막의 범위에는 해당되지 않는 것으로 한다.However, in the case where a process using a liquid such as a cleaning process, a wet etching process, and a resist process is performed between the first film formation process and the second film formation process, the scope of the continuous film formation described in this specification is not covered.
도 12(A)에 있어서, 투광성을 갖는 기판(800)에는, 퓨전법이나 플로트법으로 제작되는 유리 기판 외에, 스테인레스 합금 등의 금속 기판의 표면에 절연막을 마련한 기판을 적용할 수도 있다. 또한, 플라스틱 등의 가요성을 갖는 합성수지로 이루어지는 기판은 내열 온도가 일반적으로 낮은 경향이 있지만, 이후의 제작 공정에 있어서의 처리 온도에 견딜 수 있는 것이라면, 기판(800)으로서 이용하는 것이 가능하다. 플라스틱 기판으로서 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)로 대표되는 폴리에스테르, 폴리에테르술폰(PES), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리술폰(PSF), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리이미드, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 수지, 폴리염화비닐, 폴리프로필렌, 폴리초산비닐, 아크릴 수지 등을 들 수 있다.In Fig. 12 (A), a substrate having an insulating film on the surface of a metal substrate such as a stainless alloy may be applied to the
아울러, 유리 기판으로서는, 이후의 가열 처리의 온도가 높은 경우에는, 왜곡점이 730℃ 이상인 것을 이용할 수 있다. 또한, 유리 기판에는, 예를 들어, 알루미노실리케이트 유리, 알루미노 붕규산 유리, 바륨 붕규산 유리 등의 유리 재료가 이용되고 있다. 붕산과 비교하여 산화바륨(BaO)을 많이 포함시킴으로써, 보다 실용적인 내열유리가 얻어진다.Further, as the glass substrate, when the temperature of the subsequent heat treatment is high, a glass substrate having a distortion point of 730 캜 or higher can be used. As the glass substrate, for example, glass materials such as aluminosilicate glass, aluminoborosilicate glass, and barium borosilicate glass are used. By containing a large amount of barium oxide (BaO) in comparison with boric acid, a more practical heat-resistant glass can be obtained.
아울러, 상기의 유리 기판 대신에, 세라믹 기판, 석영 기판, 사파이어 기판 등의 절연체로 이루어지는 기판을 이용할 수도 있다. 그 외에도, 결정화 유리 등을 이용할 수 있다.In place of the glass substrate, a substrate made of an insulator such as a ceramic substrate, a quartz substrate, or a sapphire substrate may be used. In addition, crystallized glass or the like can be used.
이어서, 도전막을 기판(800) 전면에 형성한 후, 제 1 포토리소그래피 공정을 수행하여, 레지스트 마스크를 형성하고, 에칭에 의해 불필요한 부분을 제거하여 배선 및 전극(게이트 전극(801)을 포함하는 게이트 배선, 용량 배선(822) 및 제 1 단자(821))을 형성한다. 이때 적어도 게이트 전극(801)의 단부에 테이퍼 형상이 형성되도록 에칭한다.Subsequently, a conductive film is formed on the entire surface of the
상기 도전막의 재료로서, 몰리브덴, 티타늄, 크롬, 탄탈, 텅스텐, 네오디뮴, 스칸듐 등의 금속재료, 이들 금속재료를 주성분으로 하는 합금 재료, 혹은 이들 금속의 질화물을 단층으로 또는 적층으로 이용할 수 있다. 또한, 이후의 공정에서 수행되는 가열 처리의 온도에 견딜 수 있는 것이라면, 상기 금속재료로서 알루미늄, 구리를 이용할 수도 있다.As the material of the conductive film, metal materials such as molybdenum, titanium, chromium, tantalum, tungsten, neodymium, and scandium, alloy materials containing these metal materials as main components, or nitride of these metals may be used as a single layer or a laminate. Further, as long as it can withstand the temperature of the heat treatment performed in the subsequent steps, aluminum or copper may be used as the metal material.
예를 들어, 2층의 적층 구조를 갖는 도전막으로서, 알루미늄 위에 몰리브덴이 적층된 2층의 적층 구조, 또는 구리층 위에 몰리브덴을 적층한 2층 구조, 또는 구리 위에 질화 티타늄 혹은 질화 탄탈을 적층한 2층 구조, 질화 티타늄과 몰리브덴을 적층한 2층 구조로 하는 것이 바람직하다. 3층의 적층 구조로서는, 알루미늄, 알루미늄과 실리콘의 합금, 알루미늄과 티타늄의 합금 또는 알루미늄과 네오디뮴의 합금을 중간층으로 하고, 텅스텐, 질화 텅스텐, 질화 티타늄 또는 티타늄을 상하층으로서 적층한 구조로 하는 것이 바람직하다.For example, as a conductive film having a two-layered laminated structure, a two-layered structure in which molybdenum is laminated on aluminum or a two-layer structure in which molybdenum is laminated on a copper layer, or a laminated structure in which titanium nitride or tantalum nitride A two-layer structure, and a two-layer structure in which titanium nitride and molybdenum are laminated. As the three-layer laminated structure, there is a structure in which aluminum, an alloy of aluminum and silicon, an alloy of aluminum and titanium, or an alloy of aluminum and neodymium is used as an intermediate layer and tungsten, tungsten nitride, titanium nitride or titanium are stacked as upper and lower layers desirable.
또한, 일부의 전극이나 배선에 투광성을 갖는 산화물 도전막을 이용하여 개구율을 향상시킬 수도 있다. 예를 들어, 산화물 도전막에는 산화 인듐, 산화인듐 산화주석 합금, 산화인듐 산화아연 합금, 산화 아연, 산화 아연 알루미늄, 산질화 아연 알루미늄, 또는 산화 아연 갈륨 등을 이용할 수 있다.In addition, the aperture ratio may be improved by using an oxide conductive film having a light-transmitting property for a part of electrodes or wirings. For example, indium oxide, indium oxide-tin oxide alloy, indium oxide-zinc alloy, zinc oxide, aluminum zinc oxide, aluminum oxynitride, or zinc gallium oxide may be used for the oxide conductive film.
게이트 전극(801), 용량 배선(822) 및 제 1 단자(821)의 막 두께는 10㎚~400㎚, 바람직하게는 100㎚~200㎚로 한다. 본 실시형태에서는, 텅스텐 타겟을 이용한 스퍼터법에 의해 100㎚의 게이트 전극용의 도전막을 형성한 후, 그 도전막을 에칭에 의해 원하는 형상으로 가공(패터닝)함으로써, 게이트 전극(801), 용량 배선(822) 및 제 1 단자(821)를 형성한다.The film thickness of the
아울러, 하지막이 되는 절연막을 기판(800)과, 게이트 전극(801), 용량 배선(822) 및 제 1 단자(821)의 사이에 설치할 수도 있다. 하지막으로서, 예를 들어, 산화 규소막, 산화질화 규소막, 질화 규소막, 질화산화 규소막, 질화 알루미늄막, 또는 질화산화 알루미늄막 중 어느 하나를 단층으로, 혹은 복수를 적층시켜 이용할 수 있다. 특히, 하지막에, 배리어성이 높은 절연막, 예를 들어 질화 규소막, 질화산화 규소막, 질화 알루미늄막, 또는 질화산화 알루미늄막 등을 이용함으로써, 수분 또는 수소 등의 분위기 내의 불순물, 혹은 기판(800) 내에 포함되는 알칼리 금속, 중금속 등의 불순물이 산화물 반도체막 내, 게이트 절연막 내, 혹은 산화물 반도체막과 다른 절연막의 계면과 그 근방에 들어가는 것을 방지할 수 있다.It is also possible to provide an insulating film between the
이어서, 도 12(B)에 나타낸 바와 같이, 게이트 전극(801), 용량 배선(822), 제 1 단자(821) 위에 게이트 절연막(802)을 형성한다. 게이트 절연막(802)은 플라즈마 CVD법 또는 스퍼터링법 등을 이용하여, 산화 규소막, 질화 규소막, 산화질화 규소막, 질화산화 규소막, 산화 알루미늄 또는 산화 탄탈을 단층으로 또는 적층시켜 형성할 수 있다. 게이트 절연막(802)은 수분이나 수소 등의 불순물을 가능한 한 포함하지 않는 것이 바람직하다. 배리어성이 높은 재료를 이용한 절연막과, 포함되는 질소의 비율이 낮은 산화 규소막, 산화질화 규소막 등의 절연막을 적층시킨 구조를 갖는 게이트 절연막(802)을 형성할 수도 있다. 이 경우, 산화 규소막, 산화질화 규소막 등의 절연막은 배리어성을 갖는 절연막과 산화물 반도체막의 사이에 형성한다. 배리어성이 높은 절연막으로서, 예를 들어 질화 규소막, 질화산화 규소막, 질화 알루미늄막, 또는 질화산화 알루미늄막 등을 들 수 있다. 배리어성을 갖는 절연막을 이용함으로써, 수분 또는 수소 등의 분위기 내 불순물, 혹은 기판 내에 포함되는 알칼리 금속, 중금속 등의 불순물이 산화물 반도체막 내, 게이트 절연막(802) 내, 혹은 산화물 반도체막과 다른 절연막의 계면과 그 근방에 들어가는 것을 방지할 수 있다. 또한, 산화물 반도체막에 접하도록 질소의 비율이 낮은 산화 규소막, 산화질화 규소막 등의 절연막을 형성함으로써, 배리어성이 높은 재료를 이용한 절연막이 직접 산화물 반도체막에 접하는 것을 방지할 수 있다.Subsequently, as shown in Fig. 12B, a
본 실시형태에서는, 스퍼터법으로 형성된 막 두께 50㎚의 질화 규소막 위에, 스퍼터법으로 형성된 막 두께 100㎚의 산화 규소막을 적층시킨 구조를 갖는 게이트 절연막(802)을 형성한다.In the present embodiment, a
이어서, 게이트 절연막(802) 위에 산화물 반도체막을 형성한 후, 에칭 등에 의해 원하는 형상으로 상기 산화물 반도체막을 가공함으로써, 섬 형상의 산화물 반도체막(803)을 형성한다. 산화물 반도체막은 산화물 반도체를 타겟으로서 이용하여, 스퍼터법에 의해 성막한다. 또한, 산화물 반도체막은 희가스(예를 들어 아르곤) 분위기하, 산소 분위기하, 또는 희가스(예를 들어 아르곤) 및 산소 분위기하에서 스퍼터법에 의해 형성할 수 있다.Then, an oxide semiconductor film is formed on the
아울러, 산화물 반도체막을 스퍼터법에 의해 성막하기 전에, 아르곤 가스를 도입하여 플라즈마를 발생시키는 역스퍼터를 수행하여, 게이트 절연막(802)의 표면에 부착되어 있는 먼지를 제거하는 것이 바람직하다. 역스퍼터란, 타겟측에 전압을 인가하지 않고, 아르곤 분위기하에서 기판측에 RF 전원을 이용해 전압을 인가하여 기판에 플라즈마를 형성해 표면을 개질하는 방법이다. 또한, 아르곤 분위기 대신에 질소, 헬륨 등을 이용할 수도 있다. 또한, 아르곤 분위기에 산소, 수소, 아산화질소 등을 부가한 분위기로 수행할 수도 있다. 또한, 아르곤 분위기에 염소, 4 불화탄소 등을 부가한 분위기로 수행할 수도 있다.Before the oxide semiconductor film is formed by the sputtering method, it is preferable to perform reverse sputtering in which argon gas is introduced to generate plasma to remove dust adhering to the surface of the
채널 형성 영역을 형성하기 위한 산화물 반도체막에는, 상술한 바와 같은 반도체 특성을 갖는 산화물 재료를 이용할 수 있다.As the oxide semiconductor film for forming the channel forming region, an oxide material having the above-described semiconductor characteristics can be used.
산화물 반도체막의 막 두께는 10㎚~300㎚, 바람직하게는 20㎚~100㎚로 한다. 본 실시형태에서는, 여기서는, In, Ga, 및 Zn을 포함하는 산화물 반도체 타겟(몰수비가 In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1, In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:2)을 이용하여, 기판과 타겟 사이의 거리를 100mm, 압력 0.6Pa, 직류(DC) 전원 0.5kW, 산소(산소 유량 비율 100%) 분위기하에서 성막한다. 또한, 펄스 직류(DC) 전원을 이용하면, 먼지를 줄일 수 있고, 막 두께 분포도 균일해지므로 바람직하다. 본 실시형태에서는, 산화물 반도체막으로서, In-Ga-Zn-O계 산화물 반도체 타겟을 이용하고, 스퍼터 장치에 의해 막 두께 30㎚의 In-Ga-Zn-O계 비단결정막을 성막한다.The thickness of the oxide semiconductor film is set to 10 nm to 300 nm, preferably 20 nm to 100 nm. In this embodiment, an oxide semiconductor target containing In, Ga, and Zn (In 2 O 3 : Ga 2 O 3 : ZnO = 1: 1: 1, In 2 O 3 : Ga 2 O 3 : (DC) power source of 0.5 kW and oxygen (oxygen flow rate ratio of 100%) using a vacuum evaporator and a ZnO ratio of 1: 1: 2. Use of a pulsed direct current (DC) power supply is preferable because dust can be reduced and the film thickness distribution becomes uniform. In this embodiment, an In-Ga-Zn-O system non-single crystal film having a film thickness of 30 nm is formed by a sputtering apparatus using an In-Ga-Zn-O system oxide semiconductor target as an oxide semiconductor film.
아울러, 플라즈마 처리 후, 대기에 노출시키지 않고 산화물 반도체막을 형성함으로써, 게이트 절연막(802)과 산화물 반도체막의 계면에 먼지나 수분이 부착되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 펄스 직류(DC) 전원을 이용하면, 먼지를 줄일 수 있고, 막 두께 분포도 균일해지므로 바람직하다.Further, after the plasma treatment, the oxide semiconductor film is formed without being exposed to the atmosphere, whereby dust and moisture can be prevented from adhering to the interface between the
또한, 산화물 반도체 타겟의 상대 밀도는 80% 이상, 바람직하게는 95% 이상, 더욱 바람직하게는 99.9% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 상대 밀도가 높은 타겟을 이용하면, 형성되는 산화물 반도체막 내의 불순물 농도를 저감할 수 있고, 전기 특성 또는 신뢰성이 높은 박막 트랜지스터를 얻을 수 있다.The relative density of the oxide semiconductor target is preferably 80% or more, preferably 95% or more, more preferably 99.9% or more. By using a target having a high relative density, the impurity concentration in the oxide semiconductor film to be formed can be reduced, and a thin film transistor having high electrical characteristics or reliability can be obtained.
또한, 재료가 다른 타겟을 복수 설치할 수 있는 다원 스퍼터 장치도 있다. 다원 스퍼터 장치는, 동일 챔버에서 서로 다른 재료막을 적층 성막할 수도 있고, 동일 챔버에서 복수 종류의 재료를 동시에 방전시켜 성막할 수도 있다.There is also a multi-sputter device in which a plurality of targets with different materials can be installed. The multi-sputtering apparatus may be formed by depositing different material films in the same chamber or by simultaneously discharging a plurality of kinds of materials in the same chamber.
또한, 챔버 내부에 자석기구를 구비한 마그네트론 스퍼터법을 이용하는 스퍼터 장치나, 글로방전을 사용하지 않고 마이크로파를 사용하여 발생시킨 플라즈마를 이용하는 ECR 스퍼터법을 이용하는 스퍼터 장치가 있다.There is also a sputtering apparatus using a magnetron sputtering method having a magnet mechanism inside a chamber and an ECR sputtering method using plasma generated by using microwaves without using glow discharge.
또한, 스퍼터법을 이용하는 성막 방법으로서, 성막 중에 타겟 물질과 스퍼터 가스 성분을 화학반응시켜 그들의 화합물 박막을 형성하는 리엑티브 스퍼터법이나, 성막 중에 기판으로도 전압을 가하는 바이어스 스퍼터법도 있다.As a film forming method using the sputtering method, there is a reactive sputtering method in which a target material and a sputter gas component are chemically reacted with each other during film formation to form a thin film of the compound, or a bias sputtering method in which a voltage is applied to a substrate during film formation.
또한, 스퍼터법에 따른 성막 중에 광이나 히터에 의해 기판을 400℃ 이상 700℃ 이하로 가열할 수도 있다. 성막 중에 가열함으로써, 성막과 동시에 스퍼터에 의한 손상을 수복시킨다.Further, during film formation according to the sputtering method, the substrate may be heated to 400 ° C or more and 700 ° C or less by light or a heater. By heating during the film formation, damage due to sputtering is restored simultaneously with film formation.
또한, 산화물 반도체막의 성막을 수행하기 전에, 스퍼터 장치 내벽이나, 타겟 표면이나 타겟 재료 속에 잔존하고 있는 수분 또는 수소를 제거하기 위해 프리히팅 처리를 수행하는 것이 좋다. 프리히팅 처리로서는 성막 챔버 내를 감압하에서 200℃~600℃로 가열하는 방법이나, 가열하면서 질소나 불활성 가스의 도입과 배기를 반복하는 방법 등이 있다. 프리히팅 처리를 끝내면 기판 또는 스퍼터 장치를 냉각한 후 대기에 접촉시키지 않고 산화물 반도체막의 성막을 수행한다. 이 경우의 타겟 냉각액은 물이 아니라 유지 등을 이용하면 좋다. 가열하지 않고 질소의 도입과 배기를 반복해도 일정한 효과를 얻을 수 있지만, 가열하면서 수행하면 더욱 좋다.It is also preferable to perform the preheating treatment to remove water or hydrogen remaining in the sputtering apparatus inner wall, the target surface, or the target material before performing the film formation of the oxide semiconductor film. Examples of the preheating treatment include a method of heating the film forming chamber at a temperature of 200 ° C to 600 ° C under a reduced pressure, a method of repeating introduction and exhaust of nitrogen or an inert gas while heating, and the like. After the preheating treatment is finished, the substrate or the sputtering apparatus is cooled, and the oxide semiconductor film is formed without being brought into contact with the atmosphere. In this case, the target cooling liquid is not water but may be used for holding. Even if nitrogen is introduced and exhausted repeatedly without heating, a certain effect can be obtained, but it is better to carry out heating while heating.
또한, 산화물 반도체막의 성막을 수행하기 전, 또는 성막 중, 또는 성막 후에, 스퍼터 장치 내를, 크라이오 펌프를 이용하여 내부에 잔존해 있는 수분 등을 제거하는 것이 바람직하다.Further, it is preferable to remove moisture or the like remaining in the inside of the sputtering apparatus by using a cryo pump before, during, or after forming the oxide semiconductor film.
제 2 포토리소그래피 공정에 있어서, 예를 들어 인산과 질산과 초산을 혼합한 용액을 이용한 웨트 에칭에 의해, 산화물 반도체막을 원하는 형상으로 가공하여, 섬 형상의 산화물 반도체막(803)을 형성할 수 있다. 섬 형상의 산화물 반도체막(803)은 게이트 전극(801)과 중첩되도록 형성한다. 또한, 산화물 반도체막의 에칭에는, 구연산이나 옥살산 등의 유기산을 에칭으로서 이용할 수 있다. 본 실시형태에서는, ITO07N(칸토화학사 제품)을 이용한 웨트 에칭에 의해, 불필요한 부분을 제거하여 섬 형상의 산화물 반도체막(803)을 형성한다. 또한, 여기에서의 에칭은 웨트 에칭에 한정되지 않으며 드라이 에칭을 이용할 수도 있다.In the second photolithography process, the oxide semiconductor film is processed into a desired shape by wet etching using, for example, a solution prepared by mixing phosphoric acid, nitric acid and acetic acid, to form an island-shaped
드라이 에칭에 이용하는 에칭 가스로서는, 염소를 포함하는 가스(염소계 가스, 예를 들어 염소(Cl2), 염화붕소(BCl3), 염화규소(SiCl4), 사염화탄소(CCl4) 등)가 바람직하다.As the etching gas used for dry etching, a gas containing chlorine (chlorine-based gas such as chlorine (Cl 2 ), boron chloride (BCl 3 ), silicon chloride (SiCl 4 ), carbon tetrachloride (CCl 4 ) .
또한, 불소를 포함하는 가스(불소계 가스, 예를 들어 사불화탄소(CF4), 불화황(SF6), 불화질소(NF3), 트리플루오로메탄(CHF3) 등), 브롬화수소(HBr), 산소(O2), 이들 가스에 헬륨(He)이나 아르곤(Ar) 등의 희가스를 첨가한 가스 등을 이용할 수 있다.(Fluorine-based gas, for example, carbon tetrafluoride (CF 4 ), sulfur fluoride (SF 6 ), nitrogen fluoride (NF 3 ), trifluoromethane (CHF 3 ) and the like), hydrogen bromide ), Oxygen (O 2 ), a gas obtained by adding a rare gas such as helium (He) or argon (Ar) to these gases, or the like can be used.
드라이 에칭법으로서는, 평행 평판형 RIE(Reactive Ion Etching)법이나, ICP(Inductively Coupled Plasma: 유도 결합형 플라즈마) 에칭법을 사용할 수 있다. 원하는 가공 형상으로 에칭할 수 있도록, 에칭 조건(코일형의 전극에 인가되는 전력량, 기판측의 전극에 인가되는 전력량, 기판측의 전극 온도 등)을 적절히 조절한다.As the dry etching method, parallel plate type RIE (Reactive Ion Etching) method or ICP (Inductively Coupled Plasma) etching method can be used. (The amount of electric power applied to the coil-shaped electrode, the amount of electric power applied to the electrode on the substrate side, the electrode temperature on the substrate side, and the like) are appropriately controlled so that etching can be performed with a desired processing shape.
또한, 웨트 에칭 후의 에칭액은 에칭된 재료와 함께 세정에 의해 제거된다. 그 제거된 재료를 포함하는 에칭액의 폐액을 정제하여, 포함된 재료를 재이용할 수도 있다. 상기 에칭 후의 폐수로부터 산화물 반도체막에 포함되는 인듐 등의 재료를 회수하여 재이용함으로써, 자원을 유효 활용하여 저비용화가 가능하다.Further, the etchant after the wet etching is removed by cleaning together with the etched material. The waste liquid of the etchant containing the removed material may be refined to reuse the contained material. By recycling materials such as indium contained in the oxide semiconductor film from the wastewater after the etching and reusing it, resources can be effectively utilized and the cost can be reduced.
원하는 형상으로 가공할 수 있도록, 재료에 맞추어 에칭 조건(에칭액, 에칭 시간, 온도 등)을 적절히 조절한다.The etching conditions (etching solution, etching time, temperature, etc.) are appropriately adjusted according to the material so that the desired shape can be processed.
이어서, 도 12(C)에 나타낸 바와 같이, 감압 분위기하, 질소나 희가스 등의 불활성 가스 분위기하, 산소 가스 분위기하, 또는 초건조 에어(CRDS(캐비티 링 다운 레이저 분광법) 방식의 노점계를 이용하여 측정한 경우의 수분량이 20ppm(노점 환산으로 -55℃) 이하, 바람직하게는 1ppm 이하, 바람직하게는 10ppb 이하의 공기) 분위기하에서, 산화물 반도체막(803)에 가열 처리를 실시할 수도 있다. 산화물 반도체막(803)에 가열 처리를 실시함으로써 산화물 반도체막(804)이 형성된다. 구체적으로는, 불활성 가스 분위기(질소, 또는 헬륨, 네온, 아르곤 등)하에서, 500℃ 이상 750℃ 이하(혹은 유리 기판의 왜곡점 이하의 온도)로 1분 이상 10분 이하 정도, 바람직하게는 650℃, 3분 이상 6분 이하 정도의 RTA(Rapid Thermal Anneal) 처리로 수행할 수 있다. RTA법을 이용하면, 단시간에 탈수화 또는 탈수소화를 수행할 수 있으므로, 유리 기판의 왜곡점을 넘는 온도에서도 처리할 수 있다. 아울러, 상기 가열 처리는 섬 형상의 산화물 반도체막(803) 형성 후의 타이밍에 한정하지 않으며, 에칭을 수행하기 전의 산화물 반도체막에 대해 수행할 수도 있다. 또한, 상기 가열 처리를 섬 형상의 산화물 반도체막(803) 형성 후에 여러 차례 수행할 수도 있다.Subsequently, as shown in Fig. 12 (C), in an atmosphere of an inert gas such as nitrogen or noble gas under a reduced pressure atmosphere, in an oxygen gas atmosphere or by using a dew point system of a CRDS (Cavity Ring Down Laser Spectroscopy) , The heat treatment may be performed on the
본 실시형태에서는, 질소 분위기하에서, 600℃, 기판 온도가 상기 설정 온도에 도달한 상태로 6분간, 가열 처리를 수행한다. 가열 처리는, 전기로를 이용한 가열 방법, 가열한 기체를 이용하는 GRTA(Gas Rapid Thermal Anneal)법 또는 램프 광을 이용하는 LRTA(Lamp Rapid Thermal Anneal)법 등의 순간 가열 방법 등을 이용할 수 있다. 예를 들어, 전기로를 이용하여 가열 처리를 수행하는 경우, 승온 특성을 0.1℃/min 이상 20℃/min 이하, 강온 특성을 0.1℃/min 이상 15℃/min 이하로 하는 것이 바람직하다.In the present embodiment, the heat treatment is performed for 6 minutes in a nitrogen atmosphere at a temperature of 600 占 폚 and the substrate temperature has reached the set temperature. As the heat treatment, a heating method using an electric furnace, an instant heating method such as a gas rapid thermal annealing (GRTA) method using a heated substrate or a lamp rapid thermal annealing (LRTA) method using a lamp light can be used. For example, when the heating process is carried out using an electric furnace, it is preferable to set the temperature raising characteristic at 0.1 ° C / min or more to 20 ° C / min or less, and the temperature down characteristic to 0.1 ° C / min or more and 15 ° C / min or less.
아울러, 가열 처리에 있어서는, 질소, 또는 헬륨, 네온, 아르곤 등의 희가스에, 수분, 수소 등이 포함되지 않는 것이 바람직하다. 또는, 가열 처리 장치에 도입하는 질소, 또는 헬륨, 네온, 아르곤 등의 희가스의 순도를 6N(99.9999%) 이상, 바람직하게는 7N(99.99999%) 이상(즉 불순물 농도를 1ppm 이하, 바람직하게는 0.1ppm 이하)으로 하는 것이 바람직하다.Further, in the heat treatment, it is preferable that the rare gas such as nitrogen or helium, neon or argon does not contain moisture, hydrogen or the like. Nitrogen, or rare gas such as helium, neon, argon, or the like introduced into the heat treatment apparatus to a purity of 6N (99.9999%) or more, preferably 7N (99.99999%) or more (i.e., an impurity concentration of 1 ppm or less, ppm or less).
아울러, 도 12(C)의 파선 D1-D2의 범위 내의 단면도와, 파선 E1-E2의 범위 내의 단면도는 도 15에 나타내는 평면도의 파선 D1-D2에 있어서의 단면도와 파선 E1-E2에 있어서의 단면도에 상당한다.A sectional view in the range of the broken line D1-D2 in FIG. 12 (C) and a sectional view in the range of the broken line E1-E2 are the sectional view in the broken line D1-D2 and the sectional view in the broken line E1- .
이어서, 도 13(A)에 나타낸 바와 같이, 산화물 반도체막(804) 위에, 소스 전극 또는 드레인 전극으로서 이용하는 도전막(806)을 스퍼터법이나 진공 증착법으로 형성한다. 본 실시형태에서는, 산화물 반도체막(804)과의 접촉 저항이 낮은 티타늄, 텅스텐 또는 몰리브덴 등의 금속재료를 이용한 도전막(806a) 위에 전기음성도가 낮은 금속, 금속 화합물 또는 합금을 이용한 도전막(806b)이 적층된 도전막(806)을 이용한다.Next, as shown in Fig. 13A, a
전기음성도가 낮은 금속으로서, 알루미늄, 마그네슘을 이용할 수도 있다. 상기 금속 중 어느 하나 또는 복수를 포함하는 혼합물, 금속 화합물 또는 합금을 도전막(806b)으로서 이용할 수 있다. 또한, 알루미늄 등의 내열성이 낮은 재료를 이용하는 경우, 알루미늄에, 티타늄, 탄탈, 텅스텐, 몰리브덴, 크롬, 네오디뮴, 스칸듐으로부터 선택된 원소, 또는 상기 원소를 하나 또는 복수 성분으로서 포함하는 합금, 또는 상기 원소를 성분으로서 포함하는 질화물 등의 내열성 도전성 재료를 조합함으로써, 도전막(806b)의 내열성을 높이도록 할 수도 있다.Aluminum and magnesium may also be used as metals with low electronegativity. A mixture, a metal compound, or an alloy including any one or more of the above metals may be used as the
도전막(806a)의 막 두께는 10㎚~200㎚, 바람직하게는 50㎚~150㎚로 하는 것이 바람직하다. 또한, 도전막(806b)의 막 두께는 100㎚~300㎚, 바람직하게는 150㎚~250㎚로 하는 것이 바람직하다. 본 실시형태에서는, 도전막(806a)으로서, 스퍼터법으로 형성된 막 두께 100㎚의 티타늄막을 이용하고, 도전막(806b)으로서 스퍼터법으로 형성된 막 두께 200㎚의 알루미늄막을 이용한다.The thickness of the
본 발명의 일 양태에서는, 도전막(806b)으로서 전기음성도가 낮은 금속, 금속 화합물 또는 합금을 이용하고 있으므로, 산화물 반도체막(804) 내, 게이트 절연막(802) 내, 혹은 산화물 반도체막(804)과 다른 절연막의 계면과 그 근방에 존재하는 수분 또는 수소 등의 불순물이, 도전막(806b)에 흡장 혹은 흡착된다. 그러므로, 수분, 수소 등의 불순물의 탈리에 의해, i형(진성 반도체) 또는 i형에 한없이 가까운 산화물 반도체막(804)을 얻을 수 있고, 상기 불순물에 의해 문턱값 전압이 시프트하는 등의 트랜지스터의 특성의 열화가 촉진되는 것을 방지하여, 오프 전류를 저감시킬 수 있다.A metal compound or an alloy having a low electronegativity is used as the
아울러, 상기 구성에 부가하여, 도전막(806b)이 노출된 상태로, 감압 분위기하, 질소 또는 희가스(아르곤, 헬륨 등)의 불활성 가스 분위기하에서 가열 처리를 수행하여, 도전막(806b)의 표면이나 내부에 흡착되어 있는 수분이나 산소 등을 제거하도록 할 수도 있다. 가열 처리의 온도 범위는 200℃ 내지 450℃로 한다. 상기 가열 처리를 수행함으로써, 산화물 반도체막(804) 내, 게이트 절연막(802) 내, 혹은 산화물 반도체막(804)과 다른 절연막의 계면과 그 근방에 존재하는 수분 또는 수소 등의 불순물이 도전막(806b)에 더욱 흡장 혹은 흡착되기 쉽게 할 수 있다.Further, in addition to the above structure, the
이어서, 도 13(B)에 나타낸 바와 같이, 제 3 포토리소그래피 공정을 수행하여, 에칭 등에 의해 도전막(806a) 및 도전막(806b)을 원하는 형상으로 가공(패터닝)함으로써, 소스 전극(807), 드레인 전극(808)을 형성한다. 예를 들어, 도전막(806a)에 티타늄막, 도전막(806b)에 알루미늄막을 이용하는 경우, 인산을 포함하는 용액을 이용하여 도전막(806b)을 웨트 에칭한 후, 암모니아와 과산화수소수를 포함하는 용액(암모니아과수)을 이용하여, 도전막(806a)을 웨트 에칭할 수 있다. 구체적으로, 본 실시형태에서는, 인산을 포함하는 용액으로서, 와코순약공업 주식회사 제품의 혼산 알루미늄액(2.0중량%의 질산과, 9.8중량%의 초산과, 72.3중량%의 인산을 함유하는 수용액)을 이용한다. 또한, 암모니아과수는 구체적으로는 31중량%의 과산화수소수와 28중량%의 암모니아수와 물을 체적비 5:2:2로 혼합한 수용액을 이용한다. 혹은, 염소(Cl2), 염화붕소(BCl3) 등을 포함하는 가스를 이용하여, 도전막(806a)과 도전막(806b)을 드라이 에칭할 수도 있다.Next, as shown in Fig. 13B, a third photolithography process is performed to form the
상기 패터닝에 의해 소스 전극(807)과 드레인 전극(808)을 형성할 시에, 섬 형상의 산화물 반도체막(804)의 노출된 부분이 일부 에칭됨으로써 홈부(오목부)가 형성되는 경우도 있다. 본 실시형태에서는, 상기 에칭에 의해 홈부(오목부)를 갖는 섬 형상의 산화물 반도체막(805)이 형성되는 경우를 예시한다. 소스 전극(807), 드레인 전극(808)의 일부로서 이용되고 있는 도전막(806a)은 산화물 반도체막(805)과 접하고 있다. 그리고 또한 도전막(806a)에는 상술한 바와 같이 산화물 반도체막과의 접촉 저항이 낮은 금속재료가 이용되고 있으므로, 소스 전극(807), 드레인 전극(808)과 산화물 반도체막(805)과의 사이에서의 접촉 저항이 저감된다. 그러므로, TFT의 온 전류 및 전계 효과 이동도를 높일 수 있다.When the
또한, 이 제 3 포토리소그래피 공정에 있어서, 소스 전극(807) 또는 드레인 전극(808)과 동일한 재료인 제 2 단자(820)를 단자부에 남긴다. 아울러, 제 2 단자(820)는 소스 배선(소스 전극(807) 또는 드레인 전극(808)을 포함하는 소스 배선)과 전기적으로 접속되어 있다.In this third photolithography step, the
또한, 다계조 마스크에 의해 형성한 복수(예를 들어 2종류)의 두께 영역을 갖는 레지스트 마스크를 이용하면, 레지스트 마스크의 수를 줄일 수 있으므로, 공정의 간략화, 저비용화를 도모할 수 있다.Further, when a resist mask having a plurality of (for example, two) thickness regions formed by a multi-gradation mask is used, the number of resist masks can be reduced, so that the process can be simplified and the cost can be reduced.
아울러, 도 13(B)의 파선 D1-D2의 범위 내의 단면도와, 파선 E1-E2의 범위 내의 단면도는 도 16에 나타내는 평면도의 파선 D1-D2에 있어서의 단면도와 파선 E1-E2에 있어서의 단면도에 상당한다.A sectional view in the range of the broken line D1-D2 in FIG. 13B and a sectional view in the range of the broken line E1-E2 are the sectional view in the broken line D1-D2 of the plan view in FIG. 16 and the sectional view in the broken line E1- .
아울러, 본 실시형태에서는, 소스 전극과 드레인 전극을 실시형태 1에 나타내는 제작 방법에 따라 형성하고 있는 예를 나타내고 있지만, 실시형태 2 내지 실시형태 4에 나타내는 제작 방법에 따라 형성할 수도 있다.In this embodiment, the source electrode and the drain electrode are formed in accordance with the fabrication method shown in
도 14(A)에 나타낸 바와 같이, 소스 전극(807), 드레인 전극(808)을 형성한 후에는, 소스 전극(807), 드레인 전극(808) 및 산화물 반도체막(805)을 덮도록 절연막(809)을 형성한다. 절연막(809)은 수분이나 수소 등의 불순물을 가능한 한 포함하지 않는 것이 바람직하고, 단층의 절연막일 수도 있고, 적층된 복수의 절연막으로 구성되어 있을 수도 있다. 상기 절연막(809)에는 배리어성이 높은 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 배리어성이 높은 절연막으로서, 질화 규소막, 질화산화 규소막, 질화 알루미늄막, 또는 질화산화 알루미늄막 등을 이용할 수 있다. 복수의 적층된 절연막을 이용하는 경우, 상기 배리어성이 높은 절연막보다, 질소의 비율이 낮은 산화 규소막, 산화질화 규소막 등의 절연막을 산화물 반도체막(805)에 가까운 측에 형성한다. 그리고 질소의 비율이 낮은 절연막을 사이에 두고, 소스 전극(807), 드레인 전극(808) 및 산화물 반도체막(805)과 중첩되도록 배리어성을 갖는 절연막을 형성한다. 배리어성을 갖는 절연막을 이용함으로써, 소스 전극(807), 드레인 전극(808)의 표면이나 내부에 수분이나 산소가 흡착하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 산화물 반도체막(805) 내, 게이트 절연막(802) 내, 혹은 산화물 반도체막(805)과 다른 절연막의 계면과 그 근방에 수분 또는 수소 등의 불순물이 들어가는 것을 방지할 수 있다. 또한, 산화물 반도체막(805)에 접하도록 질소의 비율이 낮은 산화 규소막, 산화질화 규소막 등의 절연막을 형성함으로써, 배리어성이 높은 재료를 이용한 절연막이 직접 산화물 반도체막(805)에 접하는 것을 방지할 수 있다.The
본 실시형태에서는, 스퍼터법으로 형성된 막 두께 200㎚의 산화 규소막 위에, 스퍼터법으로 형성된 막 두께 100㎚의 질화 규소막을 적층시킨 구조를 갖는 절연막(809)을 형성한다. 성막 시의 기판 온도는 실온 이상 300℃ 이하일 수 있고, 본 실시형태에서는 100℃로 한다.In this embodiment mode, an insulating
소스 전극(807) 또는 드레인 전극(808)의 사이에 마련된 산화물 반도체막(805)의 노출 영역과 절연막(809)을 구성하는 산화 규소가 접하여 마련되어 있으므로, 절연막(809)과 접하는 산화물 반도체막(805)의 영역에 산소가 공여되어, 고저항화(캐리어 농도가 낮아지는, 바람직하게는 1×1018/㎤ 미만)되어, 고저항화된 채널 형성 영역을 갖는 산화물 반도체막(805)을 형성할 수 있다.The exposed region of the
이어서, 절연막(809)을 형성한 후, 가열 처리를 수행할 수도 있다. 가열 처리는 감압 분위기하, 대기 분위기하, 또는 불활성 가스 분위기(질소, 또는 헬륨, 네온, 아르곤 등)하에서, 바람직하게는 200℃ 이상 400℃ 이하(예를 들어 250℃ 이상 350℃ 이하)로 수행한다. 예를 들어, 질소 분위기하에서 250℃, 1시간의 제 2 가열 처리를 수행한다. 또는, 앞선 가열 처리와 마찬가지로 고온 단시간의 RTA 처리를 수행할 수도 있다. 그 가열 처리를 수행하면, 산화물 반도체막(805)이 절연막(809)을 구성하는 산화 규소에 접한 상태로 가열되게 되어, 더욱 산화물 반도체막(805)을 고저항화시켜 트랜지스터의 전기 특성의 향상 및, 전기 특성의 편차를 경감할 수 있다. 이 가열 처리는 절연막(809)의 형성 후인 경우라면 특별히 한정되지 않으며, 다른 공정, 예를 들어 수지막 형성 시의 가열 처리나, 투명 도전막을 저저항화시키기 위한 가열 처리와 겸함으로써, 공정수를 늘리지 않고 수행할 수 있다.Subsequently, a heat treatment may be performed after the insulating
이상의 공정을 통해 박막 트랜지스터(813)를 제작할 수 있다.Through the above process, the
이어서, 제 4 포토리소그래피 공정을 수행하여, 레지스트 마스크를 형성하고, 절연막(809) 및 게이트 절연막(802)의 에칭에 의해 콘택트홀을 형성함으로써, 드레인 전극(808)의 일부, 제 1 단자(821)의 일부, 제 2 단자(820)의 일부를 노출시킨다. 이어서, 레지스트 마스크를 제거한 후, 투명 도전막을 성막한다. 투명 도전막의 재료로서는, 산화 인듐(In2O3)이나 산화인듐 산화주석 합금(In2O3-SnO2, ITO로 약칭한다) 등을 스퍼터법이나 진공 증착법 등을 이용하여 형성한다. 이러한 재료의 에칭 처리는 염산계의 용액에 의해 수행한다. 그러나, 특히 ITO의 에칭은 잔사가 발생하기 쉽기 때문에, 에칭 가공성을 개선하기 위해서 산화인듐 산화아연 합금(In2O3-ZnO)을 이용할 수도 있다. 또한, 투명 도전막을 저저항화시키기 위한 가열 처리를 수행하는 경우, 산화물 반도체막(805)을 고저항화시켜 트랜지스터의 전기 특성의 향상 및 전기 특성의 편차를 경감하는 열처리와 겸할 수 있다.A resist mask is formed and a contact hole is formed by etching the insulating
이어서, 제 5 포토리소그래피 공정을 수행하여, 레지스트 마스크를 형성하고, 에칭에 의해 불필요한 부분을 제거하여 드레인 전극(808)에 접속된 화소 전극(814)과, 제 1 단자(821)에 접속된 투명 도전막(815)과, 제 2 단자(820)에 접속된 투명 도전막(816)을 형성한다.Subsequently, a fifth photolithography process is performed to form a resist mask, and unnecessary portions are removed by etching to form the
투명 도전막(815), 투명 도전막(816)은 FPC와의 접속에 이용되는 전극 또는 배선이 된다. 제 1 단자(821) 위에 형성된 투명 도전막(815)은 게이트 배선의 입력단자로서 기능하는 접속용 단자 전극이 된다. 제 2 단자(820) 위에 형성된 투명 도전막(816)은 소스 배선의 입력단자로서 기능하는 접속용 단자 전극이다.The transparent conductive film 815 and the transparent
이 제 6 포토리소그래피 공정에 있어서, 게이트 절연막(802) 및 절연막(809)을 유전체로서 사용하여, 용량 배선(822)과 화소 전극(814)으로 유지용량(819)이 형성된다.In this sixth photolithography process, the
레지스트 마스크를 제거한 단계에서의 단면도를 도 14(B)에 나타낸다. 아울러, 도 14(B)의 파선 D1-D2의 범위 내의 단면도와, 파선 E1-E2의 범위 내의 단면도는 도 17에 나타내는 평면도의 파선 D1-D2에 있어서의 단면도와, 파선 E1-E2에 있어서의 단면도에 상당한다.FIG. 14 (B) shows a cross-sectional view at the stage where the resist mask is removed. A cross-sectional view in the range of the broken line D1-D2 in FIG. 14 (B) and a cross-sectional view in the range of the broken line E1-E2 are the sectional view in the broken line D1-D2 in the plan view in FIG. 17, Sectional view.
이와 같이 하여 6회의 포토리소그래피 공정에 의해, 6장의 포토마스크를 사용하여, 보텀 게이트형의 역스태거 구조의 박막 트랜지스터인 박막 트랜지스터(813)를 갖는 화소 박막 트랜지스터부, 유지용량(819)을 완성시킬 수 있다. 그리고 이들을 각각의 화소에 대응시켜 매트릭스형으로 배치하여 화소부를 구성함으로써 액티브 매트릭스형의 표시장치를 제작하기 위한 하나의 기판으로 할 수 있다. 본 명세서에서는 편의상 이러한 기판을 액티브 매트릭스 기판이라고 부른다.In this manner, six pixel photomasks are used to complete the pixel thin film transistor portion having the
액티브 매트릭스형 액정표시장치를 제작하는 경우에는, 액티브 매트릭스 기판과, 대향 전극이 마련된 대향 기판과의 사이에 액정층을 마련하여, 액티브 매트릭스 기판과 대향 기판을 고정한다.When an active matrix liquid crystal display device is manufactured, a liquid crystal layer is provided between an active matrix substrate and an opposing substrate provided with an opposing electrode, and the active matrix substrate and the opposing substrate are fixed.
또한, 용량 배선을 마련하지 않고, 화소 전극을 이웃하는 화소의 게이트 배선과 절연막 및 게이트 절연막을 사이에 두고 중첩하여 유지용량을 형성할 수도 있다.Alternatively, the storage capacitor may be formed by overlapping the pixel electrode with the gate wiring of the neighboring pixel with the insulating film and the gate insulating film interposed therebetween, without providing a capacitor wiring.
액티브 매트릭스형 액정표시장치에 있어서는, 매트릭스형으로 배치된 화소 전극을 구동함으로써, 화면위에 표시 패턴이 형성된다. 상세하게는 선택된 화소 전극과 그 화소 전극에 대응하는 대향 전극과의 사이에 전압이 인가됨으로써, 화소 전극과 대향 전극의 사이에 배치된 액정층의 광학 변조가 수행되고, 이 광학 변조가 표시 패턴으로서 관찰자에게 인식된다.In an active matrix type liquid crystal display device, a display pattern is formed on a screen by driving pixel electrodes arranged in a matrix form. Specifically, by applying a voltage between the selected pixel electrode and the counter electrode corresponding to the pixel electrode, optical modulation of the liquid crystal layer disposed between the pixel electrode and the counter electrode is performed, and this optical modulation is performed as a display pattern It is recognized by the observer.
발광표시장치를 제작하는 경우는, 각 유기발광소자의 사이에 유기수지막을 이용한 격벽을 마련하는 경우가 있다. 그 경우에는, 유기수지막을 가열 처리하기 때문에, 산화물 반도체막(805)을 고저항화시켜 트랜지스터의 전기 특성의 향상 및 전기 특성의 편차를 경감하는 열처리와 겸할 수 있다.In the case of manufacturing a light emitting display, a partition wall using an organic resin film may be provided between each organic light emitting element. In this case, since the organic resin film is subjected to the heat treatment, the
산화물 반도체를 이용한 박막 트랜지스터로 형성함으로써, 제조 비용을 저감할 수 있다. 특히, 가열 처리에 의한 수분, 수소, OH 등의 불순물의 저감에 의해 산화물 반도체막의 순도를 높이기 때문에, 성막 챔버 내의 노점을 낮춘 특수한 스퍼터 장치나 초고순도의 산화물 반도체 타겟을 이용하지 않아도, 전기 특성이 양호하고 신뢰성이 좋은 박막 트랜지스터를 갖는 반도체 표시장치를 제작할 수 있다.By forming the thin film transistor using the oxide semiconductor, the manufacturing cost can be reduced. Particularly, since the purity of the oxide semiconductor film is increased by the reduction of impurities such as moisture, hydrogen, and OH due to the heat treatment, it is possible to improve the purity of the oxide semiconductor film by using a special sputtering apparatus, A semiconductor display device having a good and reliable thin film transistor can be manufactured.
채널 형성 영역의 반도체막은 고저항화 영역이므로, 박막 트랜지스터의 전기 특성은 안정화되며, 오프 전류의 증가 등을 방지할 수 있다. 따라서, 전기 특성이 양호하고 신뢰성이 좋은 박막 트랜지스터를 갖는 반도체 표시장치로 하는 것이 가능해진다.Since the semiconductor film in the channel forming region is a high resistance region, the electrical characteristics of the thin film transistor are stabilized, and an increase in off current and the like can be prevented. Therefore, a semiconductor display device having a thin film transistor having good electric characteristics and high reliability can be obtained.
본 실시형태는 상기 실시형태와 조합하여 실시하는 것이 가능하다.This embodiment can be implemented in combination with the above embodiment.
(실시형태 8)(Embodiment 8)
본 실시형태에서는, 본 발명의 제작 방법을 이용하여 형성되는 반도체 표시장치의 하나인, 전자 페이퍼 혹은 디지털 페이퍼라 불리는 반도체 표시장치의 구성에 대해서 설명한다.In the present embodiment, a structure of a semiconductor display device called electronic paper or digital paper, which is one of the semiconductor display devices formed using the manufacturing method of the present invention, will be described.
전자 페이퍼는 전압의 인가에 의해 계조를 제어할 수 있고, 또한 메모리성을 갖는 표시소자를 이용한다. 구체적으로, 전자 페이퍼에 이용되는 표시소자에는, 비수계 전기영동형 표시소자, 두 전극 간의 고분자 재료 내에 액정의 드롭렛(Droplet)을 분산시킨 PDLC(polymer dispersed liquid crystal) 방식의 표시소자, 두 전극 간에 카이럴 네마틱 액정 또는 콜레스테릭 액정을 갖는 표시소자, 두 전극 간에 대전된 미립자를 갖고, 그 미립자를 전계에 의해 분체 내에서 이동시키는 분체 이동 방식의 표시소자 등을 이용할 수 있다. 또한, 비수계 전기 영동형의 표시소자에는, 두 전극 간에 대전된 미립자를 분산시킨 분산액을 끼워 넣은 표시소자, 대전된 미립자를 분산시킨 분산액을 절연막을 사이에 둔 두 개의 전극 위에 갖는 표시소자, 각각 다른 전하로 대전되는 2색의 반구를 갖는 트위스팅 볼을 두 전극 사이에 있어서 용매 내에 분산시킨 표시소자, 용액 내에 대전된 미립자가 복수 분산되어 있는 마이크로 캡슐을 두 전극 사이에 갖는 표시소자 등이 포함된다.The electronic paper can control the gradation by the application of a voltage and uses a display element having memory characteristics. Specifically, the display device used for the electronic paper includes a non-aqueous electrophoretic display device, a PDLC (polymer dispersed liquid crystal) display device in which a droplet of liquid crystal is dispersed in a polymer material between two electrodes, A display device having a chiral nematic liquid crystal or a cholesteric liquid crystal, a powdery transfer type display device having fine particles charged between two electrodes and moving the fine particles in the powder by an electric field, or the like can be used. The non-aqueous electrophoretic display element includes a display element in which a dispersion in which charged fine particles are dispersed between two electrodes is interposed, a display element in which a dispersion liquid in which charged fine particles are dispersed is disposed on two electrodes sandwiching the insulating film, A display element in which a twisted ball having two hemispheres charged with different electric charges is dispersed in a solvent between two electrodes, a display element having microcapsules in which a plurality of charged particles are dispersed in a solution between two electrodes do.
도 18(A)에 전자 페이퍼의 화소부(700)와, 신호선 구동회로(701)와, 주사선 구동회로(702)의 상면도를 나타낸다.18A shows a top view of the
화소부(700)는 복수의 화소(703)를 갖고 있다. 또한, 신호선 구동회로(701)로부터 복수의 신호선(707)이 화소부(700) 안까지 들어와 있다. 주사선 구동회로(702)로부터 복수의 주사선(708)이 화소부(700) 안까지 들어와 있다.The
각 화소(703)는 트랜지스터(704)와, 표시소자(705)와, 유지용량(706)을 갖고 있다. 트랜지스터(704)의 게이트 전극은 주사선(708) 중 하나에 접속되어 있다. 또한 트랜지스터(704)의 소스 전극과 드레인 전극은 한쪽이 신호선(707) 중 하나에, 다른 한쪽이 표시소자(705)의 화소 전극에 접속되어 있다.Each
아울러, 도 18(A)에서는, 표시소자(705)의 화소 전극과 대향 전극의 사이에 인가된 전압을 유지하기 위해서, 표시소자(705)와 병렬로 유지용량(706)이 접속되어 있으나, 표시소자(705)의 메모리성의 높이가 표시를 유지하는데 충분한 정도로 높은 것이라면, 유지용량(706)을 반드시 마련할 필요는 없다.18A, the
아울러, 도 18(A)에서는, 각 화소에 스위칭 소자로서 기능하는 트랜지스터를 한 개 마련한 액티브 매트릭스형 화소부의 구성에 대해서 설명했지만, 본 발명의 일 양태에 따른 전자 페이퍼는 이 구성에 한정되지 않는다. 화소에 마련하는 트랜지스터의 수는 복수일 수도 있고, 트랜지스터 이외에 용량, 저항, 코일 등의 소자가 접속되어 있을 수도 있다.In addition, although Fig. 18A shows the structure of the active matrix type pixel portion in which one transistor serving as a switching element is provided for each pixel, the electronic paper according to one aspect of the present invention is not limited to this structure. The number of transistors provided in a pixel may be plural, or an element such as a capacitor, a resistor, or a coil may be connected in addition to the transistor.
도 18(B)에, 마이크로 캡슐을 갖는 전기영동형 전자 페이퍼를 예로 들어, 각 화소(703)에 마련된 표시소자(705)의 단면도를 나타낸다.18B shows a cross-sectional view of a
표시소자(705)는 화소 전극(710)과, 대향 전극(711)과, 화소 전극(710) 및 대향 전극(711)에 의해 전압이 인가되는 마이크로 캡슐(712)을 갖는다. 트랜지스터(704)의 소스 전극 또는 드레인 전극(713) 중 한쪽은 화소 전극(710)에 접속되어 있다.The
마이크로 캡슐(712) 내에는, 산화 티타늄 등의 플러스로 대전된 백색안료와 카본블랙 등의 마이너스로 대전된 흑색안료가 오일 등의 분산매와 함께 봉입되어 있다. 화소 전극(710)에 인가되는 비디오 신호의 전압에 따라, 화소 전극과 대향 전극의 사이에 전압을 인가하여, 양의 전극 측으로 흑색안료를, 음의 전극 측으로 백색안료를 끌어 당김으로써, 계조의 표시를 수행할 수 있다.In the
또한, 도 18(B)에서는, 마이크로 캡슐(712)이 화소 전극(710)과 대향 전극(711)의 사이에서 투광성을 갖는 수지(714)에 의해 고정되어 있다. 그러나, 본 발명은 이 구성에 한정되지 않으며, 마이크로 캡슐(712), 화소 전극(710), 대향 전극(711)에 의해 형성되는 공간에는 공기, 불활성 가스 등의 기체가 충전되어 있을 수도 있다. 단, 이 경우, 마이크로 캡슐(712)은 접착제 등에 의해 화소 전극(710)과 대향 전극(711)의 양쪽 모두에 혹은 어느 한쪽에 고정해 두는 것이 바람직하다.18 (B), the
또한, 표시소자(705)가 갖는 마이크로 캡슐(712)의 수는, 도 18(B)에 나타낸 바와 같이 반드시 복수라고는 할 수 없다. 하나의 표시소자(705)가 복수의 마이크로 캡슐(712)을 갖고 있을 수도 있고, 복수의 표시소자(705)가 하나의 마이크로 캡슐(712)을 갖고 있을 수도 있다. 예를 들어 두 개의 표시소자(705)가 하나의 마이크로 캡슐(712)을 공유하고, 한쪽의 표시소자(705)가 갖는 화소 전극(710)에 플러스의 전압이, 다른 한쪽의 표시소자(705)가 갖는 화소 전극(710)에 마이너스의 전압이 인가되어 있다고 가정한다. 이 경우, 플러스의 전압이 인가된 화소 전극(710)과 중첩되는 영역에 있어서, 마이크로 캡슐(712) 내에서는 흑색안료가 화소 전극(710) 측으로 끌어당겨지고, 백색안료가 대향 전극(711) 측으로 끌어당겨진다. 반대로, 마이너스의 전압이 인가된 화소 전극(710)과 중첩되는 영역에 있어서, 마이크로 캡슐(712) 내에서는 백색안료가 화소 전극(710) 측으로 끌어당겨지고, 흑색안료가 대향 전극(711) 측으로 끌어당겨진다.In addition, the number of
이어서, 전자 페이퍼의 구체적인 구동 방법에 대해서, 상술한 전기영동형 전자 페이퍼를 예로 들어 설명한다.Next, a specific driving method of the electronic paper will be described by taking the electrophoretic electronic paper described above as an example.
전자 페이퍼의 동작은, 초기화 기간, 기입 기간, 유지 기간으로 나누어 설명할 수 있다.The operation of the electronic paper can be divided into an initialization period, a writing period, and a sustaining period.
표시하는 화상을 전환하기 전에, 우선 초기화 기간에 화소부 내의 각 화소의 계조를 일단 통일함으로써 표시소자를 초기화한다. 표시소자를 초기화함으로써 잔상이 남는 것을 방지할 수 있다. 구체적으로, 전기영동형에서는 각 화소의 표시가 백색 또는 흑색이 되도록, 표시소자(705)가 갖는 마이크로 캡슐(712)에 의해 표시되는 계조를 조정한다.Prior to switching the image to be displayed, the gradation of each pixel in the pixel portion is first unified at first in the initialization period, thereby initializing the display element. It is possible to prevent the afterimage from being left by initializing the display element. Specifically, in the electrophoresis type, the gradation displayed by the
본 실시형태에서는, 흑색을 표시하는 초기화용 비디오 신호를 화소에 입력한 후, 백색을 표시하는 초기화용 비디오 신호를 화소에 입력하는 경우의 초기화 동작에 대해서 설명한다. 예를 들어, 화상의 표시를 대향 전극(711) 측을 향해 수행하는 전기영동형 전자 페이퍼의 경우, 우선, 마이크로 캡슐(712) 내의 흑색안료가 대향 전극(711) 측을 향하고, 백색안료가 화소 전극(710) 측을 향하도록 표시소자(705)에 전압을 인가한다. 이어서, 마이크로 캡슐(712) 내의 백색안료가 대향 전극(711) 측을 향하고, 흑색안료가 화소 전극(710) 측을 향하도록 표시소자(705)에 전압을 인가한다.In the present embodiment, an initialization operation in the case where an initialization video signal for displaying black is input to a pixel and then an initialization video signal for displaying white is input to the pixel will be described. For example, in the case of an electrophoretic type electronic paper in which an image is displayed toward the
또한, 화소에의 초기화용 비디오 신호의 입력이 1회뿐이라면, 초기화 기간 이전에 표시되어 있었던 계조에 따라서는, 마이크로 캡슐(712) 내의 백색안료와 흑색안료의 이동이 어중간하게 끝나버려, 초기화 기간이 종료된 후에도 화소간에 표시되는 계조에 차가 발생할 가능성도 있다. 그렇기 때문에, 공통전압(Vcom)에 대해 마이너스의 전압(-Vp)을 여러 차례 화소 전극(710)에 인가함으로써 흑색을 표시하고, 공통전압(Vcom)에 대해 플러스의 전압(Vp)을 여러 차례 화소 전극(710)에 인가함으로써 백색을 표시하는 것이 바람직하다.If the initialization video signal is input only once to the pixels, the movement of the white pigment and the black pigment in the
아울러, 초기화 기간 전에 각 화소의 표시소자에 의해 표시되어 있었던 계조가 다르면, 초기화용 비디오 신호를 입력하는 필요 최저한의 횟수도 달라진다. 따라서, 초기화 기간 전에 표시되어 있었던 계조에 맞추어, 화소간에서 초기화용 비디오 신호를 입력하는 횟수를 다르게 할 수도 있다. 이 경우, 초기화용 비디오 신호를 입력할 필요가 없어진 화소에는 공통전압(Vcom)을 입력해 두면 된다.In addition, if the gradation levels displayed by the display elements of the respective pixels are different before the initialization period, the minimum number of times for inputting the initialization video signal is different. Therefore, the number of times of inputting the video signal for initialization may be different between the pixels in accordance with the gradation displayed before the initialization period. In this case, the common voltage Vcom may be input to the pixel which does not need to input the video signal for initialization.
아울러, 화소 전극(710)에 초기화용 비디오 신호의 전압(Vp) 또는 전압(-Vp)을 여러 차례 인가하기 위해서는, 선택 신호의 펄스가 각 주사선에 주어져 있는 기간에 있어, 그 주사선을 갖는 라인의 화소에 초기화용 비디오 신호를 입력한다고 하는 일련의 동작을 여러 차례 수행한다. 초기화용 비디오 신호의 전압(Vp) 또는 전압(-Vp)을 화소 전극(710)에 여러 차례 인가함으로써, 마이크로 캡슐(712) 내에 있어서의 백색안료와 흑색안료의 이동을 수속시켜 화소간에 계조의 차가 발생하는 것을 방지하여, 화소부의 화소를 초기화할 수 있다.Further, in order to apply the voltage (Vp) or the voltage (-Vp) of the initializing video signal to the
아울러, 초기화 기간에는, 각 화소에 있어 흑색을 표시한 후에 백색을 표시하는 것이 아니라, 백색을 표시한 후에 흑색을 표시하도록 할 수도 있다. 혹은, 초기화 기간에는, 각 화소에 있어 백색을 표시한 후에 흑색을 표시하고, 그 후에, 백색을 표시하도록 할 수도 있다.In addition, in the initialization period, it is not necessary to display white after black is displayed in each pixel, but black may be displayed after displaying white. Alternatively, in the initialization period, black may be displayed after displaying white for each pixel, and then white may be displayed.
또한, 초기화 기간이 개시되는 타이밍은 화소부 내의 모든 화소에서 동일할 필요는 없다. 예를 들어, 화소마다, 혹은 같은 라인에 속하는 화소마다 라는 식으로 초기화 기간이 개시되는 타이밍을 다르게 할 수도 있다.The timing at which the initialization period starts is not necessarily the same for all the pixels in the pixel portion. For example, the timing for starting the initialization period may be different for each pixel or for each pixel belonging to the same line.
이어서, 기입 기간에는 화소에 화상 정보를 갖는 비디오 신호를 입력한다.Then, in the writing period, a video signal having image information is input to the pixel.
화소부 전체에서 화상의 표시를 수행하는 경우는, 1 프레임 기간에 있어, 모든 주사선에 차례로 전압의 펄스가 시프트되어 있는 선택 신호가 입력된다. 그리고 선택 신호에 펄스가 출현한 1 라인 기간 내에 있어, 모든 신호선에 화상 정보를 갖는 비디오 신호가 입력된다.In the case of displaying an image in the entire pixel portion, in one frame period, a selection signal in which a voltage pulse is sequentially shifted to all the scanning lines is inputted. A video signal having image information is input to all the signal lines within one line period in which pulses appear in the selection signal.
화소 전극(710)에 인가되는 비디오 신호의 전압에 따라, 마이크로 캡슐(712) 내의 백색안료와 흑색안료가 화소 전극(710) 측 또는 대향 전극(711) 측으로 이동함으로서 표시소자(705)는 계조를 표시한다.The white pigment and the black pigment in the
아울러, 기입 기간이라도, 초기화 기간과 마찬가지로 화소 전극(710)에 비디오 신호의 전압을 여러 차례 인가하는 것이 바람직하다. 따라서, 선택 신호의 펄스가 각 주사선에 주어져 있는 기간에 있어, 그 주사선을 갖는 라인의 화소에 비디오 신호를 입력한다고 하는 일련의 동작을 여러 차례 수행한다.Further, even in the writing period, it is preferable to apply the voltage of the video signal to the
이어서, 유지 기간에는, 모든 화소에 신호선을 통해 공통전압(Vcom)을 입력한 후, 주사선에의 선택 신호의 입력 또는 신호선에의 비디오 신호의 입력은 수행하지 않는다. 따라서, 표시소자(705)가 갖는 마이크로 캡슐(712) 내의 백색안료와 흑색안료는, 화소 전극(710)과 대향 전극(711)의 사이에 플러스 또는 마이너스의 전압이 인가되지 않는 한 그 배치는 유지되므로, 표시소자(705)가 표시하는 계조는 유지된다. 따라서, 기입 기간에 기입된 화상은 유지 기간에서도 표시가 유지된다.Subsequently, in the sustain period, the common voltage Vcom is input to all the pixels through the signal line, and no input of the selection signal to the scanning line or a video signal to the signal line is performed. Therefore, the white pigment and the black pigment in the
아울러, 전자 페이퍼에 이용되는 표시소자는 계조를 변화시키는데 필요한 전압이,액정표시장치에 이용되는 액정소자나, 발광장치에 이용되는 유기발광소자 등의 발광소자에 비해 높은 경향이 있다. 그렇기 때문에, 스위칭 소자로서 이용되는 화소의 트랜지스터(704)는 기입 기간에 있어, 그 소스 전극과 드레인 전극간의 전위차가 커지기 때문에, 오프 전류가 높아지고, 그 때문에 화소 전극(710)의 전위가 변동하여 표시에 왜곡이 발생하기 쉽다. 트랜지스터(704)의 오프 전류에 의해 화소 전극(710)의 전위가 변동하는 것을 방지하기 위해서는, 유지용량(706)의 용량을 크게 하는 것이 유효하다. 또한, 화소 전극(710)과 대향 전극(711) 사이의 전압뿐만 아니라, 신호선(707)과 대향 전극(711)의 사이에 발생하는 전압이 마이크로 캡슐(712)에 인가됨으로써, 표시소자(705)의 표시에 노이즈가 발생할 수 있다. 이 노이즈의 발생을 방지하기 위해서는, 화소 전극(710)의 면적을 넓게 확보하고, 신호선(707)과 대향 전극(711)의 사이에 발생하는 전압이 마이크로 캡슐(712)에 인가되는 것을 방지하는 것이 유효하다. 그러나, 상술한 바와 같이, 화소 전극(710)의 전위가 변동하는 것을 방지하기 위해서 유지용량(706)의 용량을 크게 하거나, 또는 표시에 노이즈가 발생하는 것을 방지하기 위해서 화소 전극(710)의 면적을 넓게 하면, 기입 기간에 있어 화소에 공급해야 하는 전류값이 높아지게 되어, 비디오 신호의 입력에 시간이 걸리게 된다. 본 발명의 일 양위에 따른 전자 페이퍼에서는, 스위칭 소자로서 화소에 이용되고 있는 트랜지스터(704)가 높은 전계 효과 이동도를 갖고 있으므로, 높은 온 전류를 얻을 수 있다. 따라서, 유지용량(706)의 용량을 크게 해도, 또는 화소 전극(710)의 면적을 넓게 해도, 화소에의 비디오 신호의 입력을 신속히 수행할 수 있다. 따라서, 기입 기간의 길이를 억제할 수 있고, 표시할 화상으로 전환을 원활하게 수행할 수 있다. 또한, 스위칭 소자로서 이용되는 화소의 트랜지스터(704)는 기입 기간에 있어, 그 소스 전극과 드레인 전극간의 전위차가 커지기 때문에, 열화되기 쉽다. 그러나, 본 발명의 일 양태에서는, 트랜지스터(704)의 경시 열화에 따른 문턱값 전압의 편차를 작게 억제할 수 있으므로, 전자 페이퍼의 신뢰성을 높일 수 있다.In addition, a display element used in an electronic paper tends to have a higher voltage than a light emitting element such as a liquid crystal element used in a liquid crystal display device or an organic light emitting element used in a light emitting device, in order to change the gradation. Therefore, in the writing period, the
본 실시형태는 상기 실시형태와 조합하여 실시하는 것이 가능하다.
The present embodiment can be implemented in combination with the above embodiment.
(실시형태 9)(Embodiment 9)
액티브 매트릭스형 반도체 표시장치의 블럭도의 일례를 도 19(A)에 나타낸다. 표시장치의 기판(5300) 위에는 화소부(5301), 제 1 주사선 구동회로(5302), 제 2 주사선 구동회로(5303), 신호선 구동회로(5304)를 갖는다. 화소부(5301)에는 복수의 신호선이 신호선 구동회로(5304)로부터 연장되어 배치되고, 복수의 주사선이 제 1 주사선 구동회로(5302) 및 제 2 주사선 구동회로(5303)로부터 연장되어 배치되어 있다. 아울러 주사선과 신호선과의 교차 영역에는 각각, 표시소자를 갖는 화소가 매트릭스형으로 배치되어 있다. 또한, 표시장치의 기판(5300)은 FPC(Flexible Printed Circuit) 등의 접속부를 통해 타이밍 제어 회로(5305)(컨트롤러, 제어 IC라고도 함)에 접속되어 있다.Fig. 19 (A) shows an example of a block diagram of an active matrix type semiconductor display device. The
도 19(A)에서는, 제 1 주사선 구동회로(5302), 제 2 주사선 구동회로(5303), 신호선 구동회로(5304)는 화소부(5301)와 함께 하나의 기판(5300) 위에 형성된다. 따라서, 외부에 마련하는 구동회로 등의 부품의 수가 감소되므로, 표시장치의 소형화뿐만 아니라, 조립공정이나 검사공정의 삭감에 의한 비용 절감을 도모할 수 있다. 또한, 기판(5300) 외부에 구동회로를 마련한 경우의 배선을 연장시킴에 따른 접속부에서의 접속수를 줄일 수 있다. 따라서, 구동회로와 화소부의 접속 불량에 기인하는 수율 저하를 방지하고, 접속 부분에 있어서의 기계적 강도가 낮음으로 인해 신뢰성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.19A, the first scanning
아울러, 타이밍 제어 회로(5305)는 제 1 주사선 구동회로(5302)에 대해, 일례로서 제 1 주사선 구동회로용 스타트 신호(GSP1), 주사선 구동회로용 클록 신호(GCK1)를 공급한다. 또한, 타이밍 제어 회로(5305)는 제 2 주사선 구동회로(5303)에 대해, 일례로서 제 2 주사선 구동회로용 스타트 신호(GSP2)(스타트 펄스라고도 함), 주사선 구동회로용 클록 신호(GCK2)를 공급한다. 신호선 구동회로(5304)에, 신호선 구동회로용 스타트 신호(SSP), 신호선 구동회로용 클록 신호(SCK), 비디오 신호용 데이터(DATA)(단순히 비디오 신호라고도 함), 래치 신호(LAT)를 공급하는 것으로 한다. 또한, 제 1 주사선 구동회로(5302)와 제 2 주사선 구동회로(5303) 중 어느 한쪽을 생략하는 것이 가능하다.The
도 19(B)에서는, 구동 주파수가 낮은 회로(예를 들어, 제 1 주사선 구동회로(5302), 제 2 주사선 구동회로(5303))를 화소부(5301)와 함께 하나의 기판(5300) 위에 형성하고, 신호선 구동회로(5304)를 화소부(5301)와는 다른 기판위에 형성하는 구성에 대해 나타내고 있다. 또한, 신호선 구동회로(5304) 중, 샘플링 회로에 이용되고 있는 아날로그 스위치 등의 구동 주파수가 낮은 회로를 부분적으로 화소부(5301)와 함께 하나의 기판(5300) 위에 형성하는 것도 가능하다. 이와 같이, 부분적으로 시스템 온 패널을 채용함으로써, 상술한 접속 불량에 기인하는 수율 저하, 접속 부분에 있어서의 기계적 강도의 낮음 등을 회피할 수 있고, 조립공정이나 검사공정의 삭감에 의한 비용 절감이라고 하는 시스템 온 패널의 장점을 어느 정도 누릴 수 있다. 나아가, 화소부(5301), 주사선 구동회로(5302), 주사선 구동회로(5303) 및 신호선 구동회로(5304)를 모두 하나의 기판 위에 형성하는 시스템 온 패널에 비해, 구동 주파수가 높은 회로의 성능을 보다 높일 수 있고, 게다가, 단결정 반도체를 이용한 경우에는 실현하기 어려운 면적이 넓은 화소부를 형성할 수 있다.19B, a circuit having a low driving frequency (for example, a first scanning
이어서, n채널형 트랜지스터를 이용한 신호선 구동회로의 구성에 대해서 설명한다.Next, the structure of the signal line driver circuit using the n-channel transistor will be described.
도 20(A)에 나타내는 신호선 구동회로는, 시프트 레지스터(5601) 및 샘플링 회로(5602)를 갖는다. 샘플링 회로(5602)는 복수의 스위칭 회로(5602_1~5602_N)(N은 자연수)를 갖는다. 스위칭 회로(5602_1~5602_N)는 각각, 복수의 n채널형 트랜지스터(5603_1~5603_k)(k는 자연수)를 갖는다.The signal line driver circuit shown in Fig. 20A has a
신호선 구동회로의 접속 관계에 대해서, 스위칭 회로(5602_1)를 예로 들어 설명한다. 아울러, 트랜지스터가 갖는 소스 전극과 드레인 전극 중 어느 한쪽을 제 1 단자, 다른 한쪽을 제 2 단자로 하여 이하, 기술한다.The connection relationship of the signal line driver circuit will be described taking the switching circuit 5602_1 as an example. In the following description, either one of the source electrode and the drain electrode of the transistor is referred to as a first terminal and the other is referred to as a second terminal.
트랜지스터(5603_1~5603_k)의 제 1 단자는 각각, 배선(5604_1~5604_k)과 접속되어 있다. 배선(5604_1~5604_k)에는 각각 비디오 신호가 입력된다. 트랜지스터(5603_1~5603_k)의 제 2 단자는 각각 신호선(S1~Sk)과 접속되어 있다. 트랜지스터(5603_1~5603_k)의 게이트 전극은 시프트 레지스터(5601)와 접속된다.The first terminals of the transistors 5603_1 to 5603_k are connected to the wirings 5604_1 to 5604_k, respectively. Video signals are input to the wirings 5604_1 to 5604_k, respectively. The second terminals of the transistors 5603_1 to 5603_k are connected to the signal lines S1 to Sk, respectively. The gate electrodes of the transistors 5603_1 to 5603_k are connected to the
시프트 레지스터(5601)는 배선(5605_1~5605_N)의 순으로 높은 레벨의 전압(H레벨)을 갖는 타이밍 신호를 출력하여, 스위칭 회로(5602_1~5602_N)를 순서대로 선택하는 기능을 갖는다.The
스위칭 회로(5602_1)는 트랜지스터(5603_1~5603_k)의 스위칭에 의해, 배선(5604_1~5604_k)과 신호선(S1~Sk)의 도통 상태(제 1 단자와 제 2 단자간의 도통)를 제어하는 기능, 즉 배선(5604_1~5604_k)의 전위를 신호선(S1~Sk)에 공급할지 여부를 제어하는 기능을 갖는다.The switching circuit 5602_1 has a function of controlling conduction states (conduction between the first terminal and the second terminal) of the wirings 5604_1 to 5604_k and the signal lines S1 to Sk by switching of the transistors 5603_1 to 5603_k, And has a function of controlling whether or not to supply potentials of the wirings 5604_1 to 5604_k to the signal lines S1 to Sk.
이어서, 도 20(A)의 신호선 구동회로의 동작에 대해서, 도 20(B)의 타이밍 차트를 참조하여 설명한다. 도 20(B)에는 시프트 레지스터(5601)로부터 배선(5605_1~5605_N)에 각각 입력되는 타이밍 신호(Sout_1~Sout_N)와, 배선(5604_1~5604_k)에 각각 입력되는 비디오 신호(Vdata_1~Vdata_k)의 타이밍 차트를 일례로서 나타낸다.Next, the operation of the signal line driver circuit of Fig. 20 (A) will be described with reference to the timing chart of Fig. 20 (B). 20B shows timing signals Sout_1 to Sout_N respectively input to the wirings 5605_1 to 5605_N from the
아울러, 신호선 구동회로의 1 동작 기간은 표시장치에서의 1 라인 기간에 상당한다. 도 20(B)에서는 1 라인 기간을 기간(T1)~기간(TN)으로 분할하는 경우를 예시하고 있다. 기간(T1~TN)은 각각, 선택된 행에 속하는 일 화소로 비디오 신호를 기입하기 위한 기간이다.In addition, one operation period of the signal line driver circuit corresponds to one line period in the display device. Fig. 20B illustrates a case where one line period is divided into a period T1 to a period TN. The periods T1 to TN are periods for writing video signals into one pixel belonging to the selected row, respectively.
기간(T1)~기간(TN)에 있어서, 시프트 레지스터(5601)는 H레벨의 타이밍 신호를 배선(5605_1~5605_N)으로 차례로 출력한다. 예를 들어, 기간(T1)에서, 시프트 레지스터(5601)는 H레벨의 신호를 배선(5605_1)으로 출력한다. 그러면, 스위칭 회로(5602_1)가 갖는 트랜지스터(5603_1~5603_k)는 온이 되므로, 배선(5604_1~5604_k)과 신호선(S1~Sk)이 도통 상태가 된다. 이때, 배선(5604_1~5604_k)으로는 Data(S1)~Data(Sk)가 입력된다. Data(S1)~Data(Sk)는 각각 트랜지스터(5603_1~5603_k)를 통해 선택되는 행에 속하는 화소 중 1열째~k열째의 화소에 기입된다. 이렇게 하여, 기간(T1~TN)에 있어, 선택된 행에 속하는 화소에 k열씩 차례로 비디오 신호가 기입된다.In the periods T1 to TN, the
이상과 같이, 비디오 신호가 복수의 열씩 화소에 기입됨으로써, 비디오 신호의 수 또는 배선의 수를 줄일 수 있다. 따라서, 컨트롤러 등의 외부 회로와의 접속수를 줄일 수 있다. 또한, 비디오 신호가 복수의 열씩 화소에 기입됨으로써, 기입 시간을 길게 할 수 있고, 비디오 신호의 기입 부족을 방지할 수 있다.As described above, the number of video signals or the number of wirings can be reduced by writing the video signal into the pixels in a plurality of rows. Therefore, the number of connections with an external circuit such as a controller can be reduced. In addition, since the video signal is written in the pixels in a plurality of rows, the writing time can be lengthened, and the insufficient writing of the video signal can be prevented.
이어서, 신호선 구동회로 또는 주사선 구동회로에 이용하는 시프트 레지스터의 일 형태에 대해서 도 21 및 도 22를 이용하여 설명한다.Next, one form of the shift register used for the signal line driver circuit or the scanning line driver circuit will be described with reference to FIGS. 21 and 22. FIG.
시프트 레지스터는, 제 1 펄스 출력 회로(10_1) 내지 제 N 펄스 출력 회로(10_N)(N은 3 이상의 자연수)를 갖고 있다(도 21(A) 참조). 제 1 펄스 출력 회로(10_1) 내지 제 N 펄스 출력 회로(10_N)로는, 제 1 배선(11)으로부터 제 1 클록 신호(CK1), 제 2 배선(12)으로부터 제 2 클록 신호(CK2), 제 3 배선(13)으로부터 제 3 클록 신호(CK3), 제 4 배선(14)으로부터 제 4 클록 신호(CK4)가 공급된다. 또한 제 1 펄스 출력 회로(10_1)에서는, 제 5 배선(15)으로부터의 스타트 펄스(SP1)(제 1 스타트 펄스)가 입력된다. 또한 2단째 이후의 제 n 펄스 출력 회로(10_n)(n은 2 이상 N 이하의 자연수)에서는, 1단 전단의 펄스 출력 회로(10_n-1)로부터의 신호(전단 신호 OUT(n-1)이라고 함)가 입력된다. 또한 제 1 펄스 출력 회로(10_1)에서는, 2단 후단의 제 3 펄스 출력 회로(10_3)로부터의 신호가 입력된다. 마찬가지로, 2단째 이후의 제 n 펄스 출력 회로(10_n)에서는, 2단 후단의 제 (n+2) 펄스 출력 회로(10_(n+2))로부터의 신호(후단 신호 OUT(n+2)라고 함)가 입력된다. 따라서, 각 단의 펄스 출력 회로로부터는, 후단 및 2 전단의 펄스 출력 회로로 입력하기 위한 제 1 출력 신호 (OUT(1)(SR)~OUT(N)(SR)) 및 다른 회로 등에 입력되는 제 2 출력 신호(OUT(1)~OUT(N))가 출력된다. 아울러, 도 21(A)에 나타낸 바와 같이, 시프트 레지스터의 마지막 두 단에는, 후단 신호(OUT(n+2))가 입력되지 않으므로 일례로서는, 별도로 제 2 스타트 펄스(SP2), 제 3 스타트 펄스(SP3)를 각각 입력하는 구성으로 할 수 있다.The shift register has the first pulse output circuit 10_1 to the Nth pulse output circuit 10_N (N is a natural number of 3 or more) (see Fig. 21 (A)). The first pulse output circuit 10_1 to the N-th pulse output circuit 10_N receive the first clock signal CK1 from the first wiring 11, the second clock signal CK2 from the
아울러, 클록 신호(CK)는 일정한 간격으로 H레벨과 L레벨(낮은 레벨의 전압)을 반복하는 신호이다. 여기서, 제 1 클록 신호(CK1)~제 4 클록 신호(CK4)는 차례로 1/4 주기만큼 지연되어 있다. 본 실시형태에서는, 제 1 클록 신호(CK1)~제 4 클록 신호(CK4)를 이용하여, 펄스 출력 회로의 구동의 제어 등을 수행한다. 아울러, 클록 신호는 입력되는 구동회로에 따라 GCK, SCK라 부를 수도 있지만, 여기서는 CK로서 설명한다.In addition, the clock signal CK is a signal that repeats H level and L level (low level voltage) at regular intervals. Here, the first clock signal CK1 to the fourth clock signal CK4 are sequentially delayed by 1/4 cycle. In the present embodiment, the control of the driving of the pulse output circuit and the like is performed using the first clock signal CK1 to the fourth clock signal CK4. In addition, the clock signal may be referred to as GCK or SCK in accordance with an input driving circuit, but will be described as CK here.
제 1 입력단자(21), 제 2 입력단자(22) 및 제 3 입력단자(23)는 제 1 배선(11)~제 4 배선(14) 중 어느 하나와 전기적으로 접속되어 있다. 예를 들어, 도 21(A)에서, 제 1 펄스 출력 회로(10_1)는 제 1 입력단자(21)가 제 1 배선(11)과 전기적으로 접속되고, 제 2 입력단자(22)가 제 2 배선(12)과 전기적으로 접속되고, 제 3 입력단자(23)가 제 3 배선(13)과 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 제 2 펄스 출력 회로(10_2)는 제 1 입력단자(21)가 제 2 배선(12)과 전기적으로 접속되고, 제 2 입력단자(22)가 제 3 배선(13)과 전기적으로 접속되고, 제 3 입력단자(23)가 제 4 배선(14)과 전기적으로 접속되어 있다.The
제 1 펄스 출력 회로(10_1)~제 N 펄스 출력 회로(10_N)의 각각은 제 1 입력단자(21), 제 2 입력단자(22), 제 3 입력단자(23), 제 4 입력단자(24), 제 5 입력단자(25), 제 1 출력단자(26), 제 2 출력단자(27)를 갖고 있는 것으로 한다(도 21(B) 참조). 제 1 펄스 출력 회로(10_1)에 있어서, 제 1 입력단자(21)에 제 1 클록 신호(CK1)가 입력되고, 제 2 입력단자(22)에 제 2 클록 신호(CK2)가 입력되고, 제 3 입력단자(23)에 제 3 클록 신호(CK3)가 입력되고, 제 4 입력단자(24)에 스타트 펄스가 입력되고, 제 5 입력단자(25)에 후단 신호(OUT(3))가 입력되고, 제 1 출력단자(26)로부터 제 1 출력 신호(OUT(1)(SR))가 출력되고, 제 2 출력단자(27)로부터 제 2 출력 신호(OUT(1))가 출력되게 된다.Each of the first pulse output circuit 10_1 to the Nth pulse output circuit 10_N includes a
이어서, 펄스 출력 회로의 구체적인 회로 구성의 일례를 도 22(A)에 나타낸다.22 (A) shows an example of a specific circuit configuration of the pulse output circuit.
각 펄스 출력 회로는, 제 1 트랜지스터(31)~제 13 트랜지스터(43)를 갖고 있다(도 22(A) 참조). 또한, 상술한 제 1 입력단자(21)~제 5 입력단자(25) 및 제 1 출력단자(26), 제 2 출력단자(27)에 부가하여, 제 1 고전원 전위(VDD)가 공급되는 전원선(51), 제 2 고전원 전위(VCC)가 공급되는 전원선(52), 저전원 전위(VSS)가 공급되는 전원선(53)으로부터 제 1 트랜지스터(31)~제 13 트랜지스터(43)에 신호 또는 전원 전위가 공급된다. 여기서 도 22(A)의 각 전원선의 전원 전위의 높이의 관계는, 제 1 전원 전위(VDD)는 제 2 전원 전위(VCC) 이상의 전위로 하고, 제 2 전원 전위(VCC)는 제 3 전원 전위(VSS)보다 높은 전위로 한다. 아울러, 제 1 클록 신호(CK1)~제 4 클록 신호(CK4)는 일정한 간격으로 H레벨과 L레벨을 반복하는 신호인데, H레벨인 때 VDD, L레벨인 때 VSS인 것으로 한다. 아울러 전원선(51)의 전위(VDD)를 전원선(52)의 전위(VCC)보다 높게 함으로써, 동작에 영향을 주지 않고 트랜지스터의 게이트 전극에 인가되는 전위를 낮게 억제할 수 있고, 트랜지스터의 문턱값 전압의 시프트를 저감하고, 열화를 억제할 수 있다.Each of the pulse output circuits has a
도 22(A)에 있어서 제 1 트랜지스터(31)는, 제 1 단자가 전원선(51)에 전기적으로 접속되고, 제 2 단자가 제 9 트랜지스터(39)의 제 1 단자에 전기적으로 접속되고, 게이트 전극이 제 4 입력단자(24)에 전기적으로 접속되어 있다. 제 2 트랜지스터(32)는, 제 1 단자가 전원선(53)에 전기적으로 접속되고, 제 2 단자가 제 9 트랜지스터(39)의 제 1 단자에 전기적으로 접속되고, 게이트 전극이 제 4 트랜지스터(34)의 게이트 전극에 전기적으로 접속되어 있다. 제 3 트랜지스터(33)는, 제 1 단자가 제 1 입력단자(21)에 전기적으로 접속되고, 제 2 단자가 제 1 출력단자(26)에 전기적으로 접속되어 있다. 제 4 트랜지스터(34)는, 제 1 단자가 전원선(53)에 전기적으로 접속되고, 제 2 단자가 제 1 출력단자(26)에 전기적으로 접속되어 있다. 제 5 트랜지스터(35)는, 제 1 단자가 전원선(53)에 전기적으로 접속되고, 제 2 단자가 제 2 트랜지스터(32)의 게이트 전극 및 제 4 트랜지스터(34)의 게이트 전극에 전기적으로 접속되고, 게이트 전극이 제 4 입력단자(24)에 전기적으로 접속되어 있다. 제 6 트랜지스터(36)는, 제 1 단자가 전원선(52)에 전기적으로 접속되고, 제 2 단자가 제 2 트랜지스터(32)의 게이트 전극 및 제 4 트랜지스터(34)의 게이트 전극에 전기적으로 접속되고, 게이트 전극이 제 5 입력단자(25)에 전기적으로 접속되어 있다. 제 7 트랜지스터(37)는, 제 1 단자가 전원선(52)에 전기적으로 접속되고, 제 2 단자가 제 8 트랜지스터(38)의 제 2 단자에 전기적으로 접속되고, 게이트 전극이 제 3 입력단자(23)에 전기적으로 접속되어 있다. 제 8 트랜지스터(38)는, 제 1 단자가 제 2 트랜지스터(32)의 게이트 전극 및 제 4 트랜지스터(34)의 게이트 전극에 전기적으로 접속되고, 게이트 전극이 제 2 입력단자(22)에 전기적으로 접속되어 있다. 제 9 트랜지스터(39)는, 제 1 단자가 제 1 트랜지스터(31)의 제 2 단자 및 제 2 트랜지스터(32)의 제 2 단자에 전기적으로 접속되고, 제 2 단자가 제 3 트랜지스터(33)의 게이트 전극 및 제 10 트랜지스터(40)의 게이트 전극에 전기적으로 접속되고, 게이트 전극이 전원선(52)에 전기적으로 접속되어 있다. 제 10 트랜지스터(40)는, 제 1 단자가 제 1 입력단자(21)에 전기적으로 접속되고, 제 2 단자가 제 2 출력단자(27)에 전기적으로 접속되고, 게이트 전극이 제 9 트랜지스터(39)의 제 2 단자에 전기적으로 접속되어 있다. 제 11 트랜지스터(41)는, 제 1 단자가 전원선(53)에 전기적으로 접속되고, 제 2 단자가 제 2 출력단자(27)에 전기적으로 접속되고, 게이트 전극이 제 2 트랜지스터(32)의 게이트 전극 및 제 4 트랜지스터(34)의 게이트 전극에 전기적으로 접속되어 있다. 제 12 트랜지스터(42)는, 제 1 단자가 전원선(53)에 전기적으로 접속되고, 제 2 단자가 제 2 출력단자(27)에 전기적으로 접속되고, 게이트 전극이 제 7 트랜지스터(37)의 게이트 전극에 전기적으로 접속되어 있다. 제 13 트랜지스터(43)는, 제 1 단자가 전원선(53)에 전기적으로 접속되고, 제 2 단자가 제 1 출력단자(26)에 전기적으로 접속되고, 게이트 전극이 제 7 트랜지스터(37)의 게이트 전극에 전기적으로 접속되어 있다.22A, the
도 22(A)에 있어서, 제 3 트랜지스터(33)의 게이트 전극, 제 10 트랜지스터(40)의 게이트 전극, 및 제 9 트랜지스터(39)의 제 2 단자의 접속 부분을 노드 A로 한다. 또한, 제 2 트랜지스터(32)의 게이트 전극, 제 4 트랜지스터(34)의 게이트 전극, 제 5 트랜지스터(35)의 제 2 단자, 제 6 트랜지스터(36)의 제 2 단자, 제 8 트랜지스터(38)의 제 1 단자, 및 제 11 트랜지스터(41)의 접속 부분을 노드 B로 한다(도 22(A) 참조).22A, the node A is a connection portion of the gate electrode of the
도 22(A)에 나타낸 펄스 출력 회로를 복수 구비하는 시프트 레지스터의 타이밍 차트에 대해서, 도 22(B)에 나타낸다.A timing chart of a shift register having a plurality of pulse output circuits shown in Fig. 22 (A) is shown in Fig. 22 (B).
아울러, 도 22(A)에 나타낸 바와 같이, 게이트 전극에 제 2 전원 전위(VCC)가 인가되는 제 9 트랜지스터(39)를 마련해 둠으로써, 부트스트랩 동작의 전후에, 이하와 같은 이점이 있다.Further, as shown in Fig. 22 (A), by providing the
게이트 전극에 제 2 전위(VCC)가 인가되는 제 9 트랜지스터(39)가 없는 경우, 부트스트랩 동작에 의해 노드 A의 전위가 상승하면, 제 1 트랜지스터(31)의 제 2 단자인 소스 전극의 전위가 상승하여, 제 1 전원 전위(VDD)보다 높아진다. 그리고 제 1 트랜지스터(31)의 소스 전극이 제 1 단자측, 즉 전원선(51) 측으로 전환된다. 그렇기 때문에, 제 1 트랜지스터(31)에 있어서는, 게이트 전극과 소스 전극의 사이, 게이트 전극과 드레인 전극의 사이 모두, 큰 바이어스 전압이 인가되므로 큰 스트레스가 가해져, 트랜지스터의 열화의 요인이 될 수 있다. 이에, 게이트 전극에 제 2 전원 전위(VCC)가 인가되는 제 9 트랜지스터(39)를 마련해 둠으로써, 부트스트랩 동작에 의해 노드 A의 전위는 상승하나, 제 1 트랜지스터(31)의 제 2 단자의 전위의 상승하지 않도록 할 수 있다. 즉, 제 9 트랜지스터(39)를 마련함으로써, 제 1 트랜지스터(31)의 게이트 전극과 소스 전극의 사이에 인가되는 음의 바이어스 전압의 값을 작게 할 수 있다. 따라서, 본 실시형태의 회로 구성으로 함으로써, 제 1 트랜지스터(31)의 게이트 전극과 소스 전극의 사이에 인가되는 음의 바이어스 전압도 작게 할 수 있으므로, 스트레스에 의한 제 1 트랜지스터(31)의 열화를 억제할 수 있다.When there is no
아울러, 제 9 트랜지스터(39)를 마련하는 부분에 대해서는, 제 1 트랜지스터(31)의 제 2 단자와 제 3 트랜지스터(33)의 게이트 전극의 사이에 제 1 단자와 제 2 단자를 통해 접속되도록 마련하는 구성일 수 있다. 아울러, 본 실시형태에서의 펄스 출력 회로를 복수 구비하는 시프트 레지스터의 경우, 주사선 구동회로보다 단수가 많은 신호선 구동회로에서는 제 9 트랜지스터(39)를 생략할 수도 있어, 트랜지스터 수를 삭감할 수 있는 이점이 있다.The portion where the
아울러, 제 1 트랜지스터(31) 내지 제 13 트랜지스터(43)의 활성층으로서, 산화물 반도체를 이용함으로써, 트랜지스터의 오프 전류를 저감시킴과 아울러, 온 전류 및 전계 효과 이동도를 높일 수 있고, 나아가 열화의 정도를 저감시킬 수 있으므로, 회로 내의 오동작을 저감시킬 수 있다. 또한 산화물 반도체를 이용한 트랜지스터는, 아몰퍼스 실리콘을 이용한 트랜지스터에 비해, 게이트 전극에 고전위가 인가됨에 따른 트랜지스터의 열화의 정도가 작다. 그러므로, 제 2 전원 전위(VCC)를 공급하는 전원선에, 제 1 전원 전위(VDD)를 공급해도 동일한 동작을 얻을 수 있으며, 또한 회로간에 마련되는 전원선의 수를 저감시킬 수 있으므로, 회로의 소형화를 도모할 수 있다.By using oxide semiconductors as the active layers of the first to
아울러, 제 7 트랜지스터(37)의 게이트 전극으로 제 3 입력단자(23)에 의해 공급되는 클록 신호, 제 8 트랜지스터(38)의 게이트 전극으로 제 2 입력단자(22)에 의해 공급되는 클록 신호는, 제 7 트랜지스터의 게이트 전극으로 제 2 입력단자(22)에 의해 공급되는 클록 신호, 제 8 게이트 전극으로 제 3 입력단자(23)에 의해 공급되는 클록 신호가 되도록, 결선 관계를 바꾸어도 동일한 작용을 나타낸다. 이때, 도 22(A)에 나타내는 시프트 레지스터에 있어서, 제 7 트랜지스터(37) 및 제 8 트랜지스터(38)가 모두 온 상태에서, 제 7 트랜지스터(37)가 오프, 제 8 트랜지스터(38)가 온 상태, 이어서 제 7 트랜지스터(37)가 오프, 제 8 트랜지스터(38)가 오프 상태가 되도록 함으로써, 제 2 입력단자(22) 및 제 3 입력단자(23)의 전위가 저하됨으로써 발생하는 노드 B의 전위의 저하가 제 7 트랜지스터(37)의 게이트 전극의 전위의 저하, 및 제 8 트랜지스터(38)의 게이트 전극의 전위의 저하에 기인하여 2 회 발생하게 된다. 한편, 도 22(A)에 나타내는 시프트 레지스터를 도 22(B)의 기간과 같이, 제 7 트랜지스터(37) 및 제 8 트랜지스터(38)가 모두 온 상태에서, 제 7 트랜지스터(37)가 온, 제 8 트랜지스터(38)가 오프 상태, 이어서, 제 7 트랜지스터(37)가 오프, 제 8 트랜지스터(38)가 오프 상태가 되도록 함으로써, 제 2 입력단자(22) 및 제 3 입력단자(23)의 전위가 저하함에 따라 발생하는 노드 B의 전위의 저하를 제 8 트랜지스터(38)의 게이트 전극의 전위의 저하에 의한 1회로 저감할 수 있다. 그러므로, 제 7 트랜지스터(37)의 게이트 전극(아래쪽 게이트 전극 및 위쪽 게이트 전극)으로 제 3 입력단자(23)로부터 클록 신호가 공급되고, 제 8 트랜지스터(38)의 게이트 전극(아래쪽 게이트 전극 및 위쪽 게이트 전극)으로 제 2 입력단자(22)로부터 클록 신호가 공급되는 결선 관계로 하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 노드 B의 전위의 변동 횟수가 줄이고, 또한 노이즈를 줄일 수 있기 때문이다.The clock signal supplied by the
이와 같이, 제 1 출력단자(26) 및 제 2 출력단자(27)의 전위를 L레벨로 유지하는 기간에, 노드 B에 정기적으로 H레벨의 신호가 공급되는 구성으로 함으로써, 펄스 출력 회로의 오동작을 억제할 수 있다.
In this manner, the pulse output circuit malfunctions by providing a configuration in which the H-level signal is periodically supplied to the node B while the potentials of the
*본 실시형태는 상기 실시형태와 조합하여 실시하는 것이 가능하다.
* This embodiment can be implemented in combination with the above embodiment.
(실시형태 10)(Embodiment 10)
본 발명의 일 양태에 따른 액정표시장치는 이동도 및 온 전류가 높고, 또한 신뢰성이 높은 박막 트랜지스터를 이용하고 있으므로, 콘트라스트 및 시인성이 높다. 본 실시형태에서는, 본 발명의 일 양태에 따른 액정표시장치의 구성에 대해서 설명한다.The liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention uses a thin film transistor having high mobility and on-current and high reliability, and thus has high contrast and visibility. In the present embodiment, the structure of a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention will be described.
도 23에, 본 발명의 일 양태에 따른 액정표시장치의 화소의 단면도를 일례로서 나타낸다. 도 23에 나타내는 박막 트랜지스터(1401)는 절연 표면 위에 형성된 게이트 전극(1402)과, 게이트 전극 상의 게이트 절연막(1403)과, 게이트 절연막(1403) 위에서 게이트 전극(1402)과 중첩되어 있는 산화물 반도체막(1404)과, 산화물 반도체막(1404) 위에 차례로 적층하도록 형성되고, 소스 전극 또는 드레인 전극으로서 기능하는 한 쌍의 도전막(1406a) 및 도전막(1406b)을 갖는다. 나아가, 박막 트랜지스터(1401)는 산화물 반도체막(1404) 위에 형성된 절연막(1407)을 그 구성요소에 포함할 수도 있다. 절연막(1407)은 게이트 전극(1402), 게이트 절연막(1403), 산화물 반도체막(1404), 도전막(1406a) 및 도전막(1406b)을 덮도록 형성되어 있다.Fig. 23 shows, by way of example, a cross-sectional view of a pixel of a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention. The
아울러, 본 실시형태에서는, 실시형태 1에 나타내는 제작 방법에 따라 형성된 소스 전극과 드레인 전극을 예로 들고 있지만, 실시형태 2 내지 실시형태 4에 나타내는 제작 방법에 따라 형성된 소스 전극과 드레인 전극을 이용할 수도 있다.In the present embodiment, a source electrode and a drain electrode formed in accordance with the fabrication method shown in
절연막(1407) 위에는 절연막(1408)이 형성되어 있다. 절연막(1407), 절연막(1408)의 일부에는 개구부가 마련되어 있고, 그 개구부에서 도전막(1406b) 중 하나와 접하도록, 화소 전극(1410)이 형성되어 있다.An insulating
또한, 절연막(1408) 위에는, 액정소자의 셀 갭을 제어하기 위한 스페이서(1417)가 형성되어 있다. 스페이서(1417)는 절연막을 원하는 형상으로 에칭함으로써 형성하는 것이 가능하지만, 필러를 절연막(1408) 위에 분산시킴으로써 셀 갭을 제어하도록 할 수도 있다.On the insulating
그리고 화소 전극(1410) 위에는, 배향막(1411)이 형성되어 있다. 또한 화소 전극(1410)과 대치하는 위치에는, 대향 전극(1413)이 마련되어 있고, 대향 전극(1413)의 화소 전극(1410)에 가까운 측에는 배향막(1414)이 형성되어 있다. 배향막(1411), 배향막(1414)은 폴리이미드, 폴리비닐 알코올 등의 유기수지를 이용하여 형성할 수 있고, 그 표면에는, 러빙 등의 액정 분자를 일정 방향으로 배열시키기 위한 배향 처리가 실시되어 있다. 러빙은, 배향막에 압력을 가하면서 나일론 등의 천을 감은 롤러를 회전시켜, 상기 배향막의 표면을 일정 방향으로 문지름으로써 수행할 수 있다. 아울러, 산화 규소 등의 무기재료를 이용하여, 배향 처리를 실시하지 않고, 증착법으로 배향 특성을 갖는 배향막(1411), 배향막(1414)을 직접 형성하는 것도 가능하다.On the
그리고 화소 전극(1410)과 대향 전극(1413)의 사이에 시일재(1416)에 둘러싸인 영역에는 액정(1415)이 마련되어 있다. 액정(1415)의 주입은 디스펜서식(적하식)을 이용할 수도 있고, 디핑식(펌핑식)을 이용할 수도 있다. 아울러, 시일재(1416)에는 필러가 혼입되어 있을 수도 있다.A
또한, 화소 전극(1410)과 대향 전극(1413)과 액정(1415)으로 형성되는 액정소자는 특정 파장 영역의 광을 통과할 수 있는 컬러필터와 중첩되어 있을 수도 있다. 컬러필터는 대향 전극(1413)이 형성되어 있는 기판(대향 기판)(1420) 위에 형성할 수 있다. 칼러필터는 안료를 분산시킨 아크릴계 수지 등의 유기수지를 기판(1420) 위에 도포한 후, 포토리소그래피를 이용하여 선택적으로 형성할 수 있다. 또한, 안료를 분산시킨 폴리이미드계 수지를 기판(1420) 위에 도포한 후, 에칭을 이용하여 선택적으로 형성할 수도 있다. 혹은, 잉크젯 등의 액적 토출법을 이용함으로써 선택적으로 컬러필터를 형성할 수도 있다.The liquid crystal element formed of the
또한, 화소간에서의 액정(1415)의 배향의 흐트러짐에 기인하는 디스클리네이션이 시인되는 것을 방지하기 위해, 화소 사이에 광을 차폐할 수 있는 차폐막을 형성할 수도 있다. 차폐막으로는, 카본블랙, 저차 산화 티타늄 등의 흑색안료를 포함하는 유기수지를 이용할 수 있다. 또는, 크롬을 이용한 막으로, 차폐막을 형성하는 것도 가능하다.Further, a shielding film capable of shielding light between the pixels may be formed in order to prevent the display due to the disorder of the orientation of the
화소 전극(1410)과 대향 전극(1413)은, 예를 들어 산화 인듐 주석(ITSO), 산화 인듐 주석(ITO), 산화 아연(ZnO), 산화 인듐 아연(IZO), 갈륨을 첨가한 산화 아연(GZO) 등의 투명 도전재료를 이용할 수 있다. 아울러, 본 실시형태에서는, 화소 전극(1410) 및 대향 전극(1413)에 광을 투과하는 도전막을 이용하여, 투과형 액정소자를 제작하는 예를 나타냈으나, 본 발명은 이 구성에 한정되지 않는다. 본 발명의 일 양태에 따른 액정표시장치는 반투과형 또는 반사형일 수도 있다.The
아울러, 본 실시형태에서는 액정표시장치로서, TN(Twisted Nematic)형을 나타냈으나, VA(Virtical Alig㎚ent)형, OCB(optically compensated Birefringence)형, IPS(In-Plane Switching)형 등의, 그 외의 액정표시장치에도 본 발명의 박막 트랜지스터를 이용할 수 있다.In addition, although TN (twisted nematic) type is shown as a liquid crystal display device in the present embodiment, a liquid crystal display device of VA (Virtical Alignment) type, OCB (optically compensated birefringence) type, IPS (In- The thin film transistor of the present invention can be used for other liquid crystal display devices.
또한, 배향막을 이용하지 않는 블루상을 나타내는 액정을 이용할 수도 있다. 블루상은 액정상의 하나이며, 콜레스테릭 액정을 승온해 가면, 콜레스테릭상으로부터 등방상으로 전이하기 직전에 발현하는 상이다. 블루상은 좁은 온도 범위에서 밖에 발현하지 않기 때문에, 온도 범위를 개선하기 위해서 5중량% 이상의 카이럴제를 혼합시킨 액정 조성물을 사용하여 액정(1415)에 이용한다. 블루상을 나타내는 액정과 카이럴제를 포함하는 액정 조성물은 응답 속도가 10μsec. 이상 100μsec. 이하로 짧고, 광학적 등방성이기 때문에 배향 처리가 필요하지 않으며, 시야각 의존성이 작다.A liquid crystal showing a blue phase without using an alignment film may also be used. The blue phase is one of the liquid crystal phases, and when the cholesteric liquid crystal is heated, the blue phase is a phase which is expressed immediately before transition from the cholesteric phase to the isotropic phase. Since the blue phase is only expressed in a narrow temperature range, it is used for the
도 24는, 본 발명의 액정표시장치의 구조를 나타내는 사시도의 일례이다. 도 24에 나타내는 액정표시장치는, 한 쌍의 기판 간에 액정소자가 형성된 액정패널(1601), 제 1 확산판(1602), 프리즘 시트(1603), 제 2 확산판(1604), 도광판(1605), 반사판(1606), 광원(1607), 회로기판(1608)을 갖고 있다.24 is an example of a perspective view showing a structure of a liquid crystal display device of the present invention. 24 includes a
액정패널(1601), 제 1 확산판(1602), 프리즘 시트(1603), 제 2 확산판(1604), 도광판(1605), 반사판(1606)은 차례로 적층되어 있다. 광원(1607)은 도광판(1605)의 단부에 마련되어 있고, 도광판(1605) 내부로 확산된 광원(1607)으로부터의 광은 제 1 확산판(1602), 프리즘 시트(1603) 및 제 2 확산판(1604)에 의해 균일하게 액정패널(1601)에 조사된다.The
아울러, 본 실시형태에서는, 제 1 확산판(1602)과 제 2 확산판(1604)을 이용하고 있지만, 확산판의 수는 이에 한정되지 않으며, 단수여도 3 이상이어도 좋다. 그리고 확산판은 도광판(1605)과 액정패널(1601)의 사이에 마련되어 있을 수 있다. 따라서, 프리즘 시트(1603)보다 액정패널(1601)에 가까운 측에만 확산판이 마련되어 있을 수도 있고, 프리즘 시트(1603)보다 도광판(1605)에 가까운 측에만 확산판이 마련되어 있을 수도 있다.
In addition, although the
*또한 프리즘 시트(1603)는, 도 24에 나타낸 단면이 톱니상인 형위에 한정되지 않으며, 도광판(1605)으로부터의 광을 액정패널(1601) 측에 집광할 수 있는 형상을 갖고 있으면 된다.The
회로기판(1608)에는, 액정패널(1601)에 입력되는 각종 신호를 생성하는 회로, 또는 이들 신호에 처리를 실시하는 회로 등이 마련되어 있다. 그리고 도 24에서는, 회로기판(1608)과 액정패널(1601)이 FPC(Flexible Printed Circuit)(1609)를 통해 접속되어 있다. 아울러, 상기 회로는 COG(Chip ON Glass)법을 이용하여 액정패널(1601)에 접속되어 있을 수도 있고, 상기 회로의 일부가 FPC(1609)에 COF(Chip On Film)법을 이용하여 접속되어 있을 수도 있다.The
도 24에서는, 광원(1607)의 구동을 제어하는 제어계의 회로가 회로기판(1608)에 마련되어 있고, 그 제어계의 회로와 광원(1607)이 FPC(1610)를 통해 접속되어 있는 예를 나타내고 있다. 단, 상기 제어계의 회로는 액정패널(1601)에 형성되어 있을 수도 있고, 이 경우는 액정패널(1601)과 광원(1607)이 FPC 등에 의해 접속되도록 한다.24 shows an example in which the circuit of the control system for controlling the driving of the
아울러, 도 24는, 액정패널(1601)의 단부에 광원(1607)을 배치하는 엣지 라이트형 광원을 예시하고 있지만, 본 발명의 액정표시장치는 광원(1607)이 액정패널(1601)의 바로 아래에 배치되는 직하형일 수도 있다.In addition, although FIG. 24 illustrates an edge light type light source in which a
본 실시형태는 상기 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.The present embodiment can be implemented in appropriate combination with the above embodiment.
(실시형태 11)(Embodiment 11)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 양태에 따른 박막 트랜지스터를 화소에 이용한 발광장치의 구성에 대해서 설명한다. 본 실시형태에서는, 발광소자를 구동시키기 위한 트랜지스터가 n형인 경우에 있어서의 화소의 단면 구조에 대해서 도 25를 이용하여 설명한다. 아울러 도 25에서는, 제 1 전극이 음극, 제 2 전극이 양극인 경우에 대해서 설명하고 있으나, 제 1 전극이 양극, 제 2 전극이 음극일 수도 있다.In the present embodiment, a structure of a light emitting device using a thin film transistor as a pixel according to an embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, a cross-sectional structure of a pixel when the transistor for driving the light emitting element is n-type will be described with reference to Fig. In FIG. 25, the case where the first electrode is the cathode and the second electrode is the anode is described, but the first electrode may be the anode and the second electrode may be the cathode.
도 25(A)에, 트랜지스터(6031)가 n형이고, 발광소자(6033)로부터 나온 광을 제 1 전극(6034) 측으로부터 추출하는 경우의 화소의 단면도를 나타낸다. 트랜지스터(6031)는 절연막(6037)으로 덮여 있으며, 절연막(6037) 위에는 개구부를 갖는 격벽(6038)이 형성되어 있다. 격벽(6038)의 개구부에 있어서 제 1 전극(6034)이 일부 노출되어 있고, 그 개구부에 있어서 제 1 전극(6034), 전계 발광층(6035), 제 2 전극(6036)이 차례로 적층되어 있다.Fig. 25A is a cross-sectional view of a pixel in the case where the
제 1 전극(6034)은 광을 투과하는 재료 또는 막 두께로 형성하고, 또한 일함수가 작은 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 및 이들의 혼합물 등으로 형성할 수 있다. 구체적으로는, Li나 Cs 등의 알칼리 금속, 및 Mg, Ca, Sr 등의 알칼리 토류 금속, 이들을 포함하는 합금(Mg:Ag, Al:Li, Mg:In 등), 및 이들의 화합물(불화칼슘, 질화칼슘) 외에, Yb나 Er 등의 희토류 금속을 이용할 수 있다. 또한 전자 주입층을 마련하는 경우, 알루미늄 등의 다른 도전층을 이용하는 것도 가능하다. 그리고 제 1 전극(6034)을 광이 투과할 정도의 막 두께(바람직하게는, 5㎚~30㎚ 정도)로 형성한다. 나아가, 광이 투과할 정도의 막 두께를 갖는 상기 도전층의 위 또는 아래에 접하도록, 투광성 산화물 도전재료를 이용하여 투광성을 갖는 도전층을 형성하고, 제 1 전극(6034)의 시트 저항을 억제하도록 할 수도 있다. 아울러, 인듐 주석 산화물(ITO), 산화 아연(ZnO), 산화 인듐 아연(IZO), 갈륨을 첨가한 산화 아연(GZO) 등 그 외의 투광성 산화물 도전재료를 이용한 도전층만을 이용하는 것도 가능하다. 또한 ITO 및 산화 규소를 포함하는 인듐 주석 산화물(이하, ITSO라 함)이나, 산화 규소를 포함하는 산화 인듐에, 추가로 2~20%의 산화아연(ZnO)을 혼합한 것을 이용할 수도 있다. 투광성 산화물 도전재료를 이용하는 경우, 전계 발광층(6035)에 전자 주입층을 마련하는 것이 바람직하다.The
또한 제 2 전극(6036)은, 광을 반사 혹은 차폐하는 재료 및 막 두께로 형성하고, 또한 양극으로서 이용하는데 적합한 재료로 형성한다. 예를 들어, 질화 티타늄, 질화 지르코늄, 티타늄, 텅스텐, 니켈, 백금, 크롬, 은, 알루미늄 중 하나 또는 복수로 이루어지는 단층막 외에, 질화 티타늄과 알루미늄을 주성분으로 하는 막과의 적층, 질화 티타늄막과 알루미늄을 주성분으로 하는 막과 질화 티타늄막과의 3층 구조 등을 제 2 전극(6036)에 이용할 수 있다.The
전계 발광층(6035)은 단수 또는 복수의 층으로 구성되어 있다. 복수의 층으로 구성되어 있는 경우, 이들 층은 캐리어 수송 특성의 관점에서 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층 등으로 분류할 수 있다. 전계 발광층(6035)이 발광층 외에, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층 중 어느 하나를 갖고 있는 경우, 제 1 전극(6034)으로부터, 전자 주입층, 전자 수송층, 발광층, 정공 수송층, 정공 주입층의 순서로 적층한다. 아울러 각 층의 경계선은 반드시 명확할 필요는 없으며, 서로의 층을 구성하고 있는 재료가 일부 혼합되어, 계면이 불명료하게 되어 있는 경우도 있다. 각 층에는 유기계 재료, 무기계 재료를 이용하는 것이 가능하다. 유기계 재료로서, 고분자계, 중분자계, 저분자계 중 어느 재료도 이용이 가능하다. 또한 중분자계 재료란, 구조 단위의 반복의 수(중합도)가 2에서 20 정도의 저집합체에 상당한다. 정공 주입층과 정공 수송층과의 구별은 반드시 엄밀한 것은 아니며, 이들은 정공 수송성(정공 이동도)이 특히 중요한 특성인 의미에서 동일하다. 편의상 정공 주입층은 양극에 접하는 측의 층이며, 정공 주입층에 접하는 층을 정공 수송층이라고 불러 구별한다. 전자 수송층, 전자 주입층에 대해서도 마찬가지이며, 음극에 접하는 층을 전자 주입층이라 부르고, 전자 주입층에 접하는 층을 전자 수송층이라 부르고 있다. 발광층은 전자 수송층을 겸하는 경우도 있어, 발광성 전자 수송층이라고도 불린다.The
도 25(A)에 나타낸 화소의 경우, 발광소자(6033)로부터 나온 광을 흰색 화살표로 나타낸 바와 같이 제 1 전극(6034) 측으로부터 추출할 수 있다.In the case of the pixel shown in Fig. 25A, light emitted from the
이어서 도 25(B)에, 트랜지스터(6041)가 n형이고, 발광소자(6043)로부터 나온 광을 제 2 전극(6046) 측으로부터 추출하는 경우의 화소의 단면도를 나타낸다. 트랜지스터(6041)는 절연막(6047)으로 덮여 있고, 절연막(6047) 위에는 개구부를 갖는 격벽(6048)이 형성되어 있다. 격벽(6048)의 개구부에 있어서 제 1 전극(6044)이 일부 노출되어 있고, 그 개구부에 있어서 제 1 전극(6044), 전계 발광층(6045), 제 2 전극(6046)이 차례로 적층되어 있다.Next, FIG. 25B shows a cross-sectional view of the pixel in the case where the
제 1 전극(6044)은 광을 반사 혹은 차폐하는 재료 및 막 두께로 형성하고, 또한 일함수가 작은 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 및 이들의 혼합물 등으로 형성할 수 있다. 구체적으로는, Li나 Cs 등의 알칼리 금속, 및 Mg, Ca, Sr 등의 알칼리 토류 금속, 이들을 포함하는 합금(Mg:Ag, Al:Li, Mg:In 등), 및 이들의 화합물(불화칼슘, 질화칼슘) 외에, Yb나 Er 등의 희토류 금속을 이용할 수 있다. 또한 전자 주입층을 마련하는 경우, 알루미늄 등의 다른 도전층을 이용하는 것도 가능하다.The
또한 제 2 전극(6046)은 광을 투과하는 재료 또는 막 두께로 형성하고, 또한 양극으로서 이용하는데 적합한 재료로 형성한다. 예를 들어, 인듐 주석 산화물(ITO), 산화 아연(ZnO), 산화 인듐 아연(IZO), 갈륨을 첨가한 산화 아연(GZO) 등 그 외의 투광성 산화물 도전재료를 제 2 전극(6046)에 이용하는 것이 가능하다. 또한 ITO 및 산화 규소를 포함하는 인듐 주석 산화물(이하, ITSO라 함)이나, 산화 규소를 포함하는 산화인듐에 추가로 2~20%의 산화 아연(ZnO)을 혼합한 것을 제 2 전극(6046)에 이용할 수도 있다. 또한 상기 투광성 산화물 도전재료 외에, 예를 들어 질화 티타늄, 질화 지르코늄, 티타늄, 텅스텐, 니켈, 백금, 크롬, 은, 알루미늄 중 하나 또는 복수로 이루어지는 단층막 외에, 질화 티타늄과 알루미늄을 주성분으로 하는 막과의 적층, 질화 티타늄막과 알루미늄을 주성분으로 하는 막과 질화 티타늄막과의 3층 구조 등을 제 2 전극(6046)에 이용할 수도 있다. 단, 투광성 산화물 도전재료 이외의 재료를 이용하는 경우, 광이 투과 할 정도의 막 두께(바람직하게는, 5㎚~30㎚ 정도)로 제 2 전극(6046)을 형성한다.Further, the
전계 발광층(6045)은 도 25(A)의 전계 발광층(6035)과 동일하게 형성할 수 있다.The
도 25(B)에 나타낸 화소의 경우, 발광소자(6043)로부터 나온 광을 흰색 화살표로 나타낸 바와 같이 제 2 전극(6046) 측으로부터 추출할 수 있다.In the case of the pixel shown in Fig. 25B, light emitted from the
이어서 도 25(C)에, 트랜지스터(6051)가 n형이고, 발광소자(6053)로부터 나온 광을 제 1 전극(6054) 측 및 제 2 전극(6056) 측으로부터 추출하는 경우의 화소의 단면도를 나타낸다. 트랜지스터(6051)는 절연막(6057)으로 덮여 있고, 절연막(6057) 위에는 개구부를 갖는 격벽(6058)이 형성되어 있다. 격벽(6058)의 개구부에 있어서 제 1 전극(6054)이 일부 노출되어 있고, 그 개구부에 있어서 제 1 전극(6054), 전계 발광층(6055), 제 2 전극(6056)이 차례로 적층되어 있다.Next, a cross-sectional view of a pixel in the case where the
제 1 전극(6054)은 도 25(A)의 제 1 전극(6034)과 동일하게 형성할 수 있다. 또한 제 2 전극(6056)은 도 25(B)의 제 2 전극(6046)과 동일하게 형성할 수 있다. 전계 발광층(6055)은 도 25(A)의 전계 발광층(6035)과 동일하게 형성할 수 있다.The
도 25(C)에 나타낸 화소의 경우, 발광소자(6053)로부터 나온 광을 흰색 화살표로 나타낸 바와 같이 제 1 전극(6054) 측 및 제 2 전극(6056) 측으로부터 추출할 수 있다.In the case of the pixel shown in Fig. 25C, light emitted from the
본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
The present embodiment can be implemented in appropriate combination with other embodiments.
본 발명의 일 양태에 따른 반도체 장치를 이용함으로써 신뢰성이 높고 고속 구동의 전자기기를 제공하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명의 일 양태에 따른 반도체 표시장치를 이용함으로써 신뢰성이 높고 콘트라스트 및 시인성이 높은 표시가 가능한 전자기기를 제공하는 것이 가능하다.By using the semiconductor device according to one aspect of the present invention, it is possible to provide an electronic device with high reliability and high-speed driving. Further, by using the semiconductor display device according to an aspect of the present invention, it is possible to provide an electronic device which is highly reliable and can display with high contrast and visibility.
또한, 본 발명의 반도체 장치에서는, 제작 공정에서의 가열 처리의 온도를 억제할 수 있으므로, 유리보다 내열성이 떨어지는 플라스틱 등의 가요성을 갖는 합성수지로 이루어지는 기판위에서도, 특성이 뛰어나고 신뢰성이 높은 박막 트랜지스터를 제작하는 것이 가능하다. 따라서, 본 발명의 일 양태에 따른 제작 방법을 이용함으로써, 신뢰성이 높고 경량이면서 또한 플렉시블한 반도체 장치를 제공하는 것이 가능하다. 플라스틱 기판으로서, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)로 대표되는 폴리에스테르, 폴리에테르술폰(PES), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리술폰(PSF), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리이미드, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 수지, 폴리염화비닐, 폴리프로필렌, 폴리초산비닐, 아크릴 수지 등을 들 수 있다.In addition, the semiconductor device of the present invention can suppress the temperature of the heat treatment in the fabrication process. Therefore, even on a substrate made of synthetic resin having flexibility such as plastic whose heat resistance is lower than that of glass, It is possible to produce. Therefore, by using the manufacturing method according to one aspect of the present invention, it is possible to provide a highly reliable, lightweight, and flexible semiconductor device. Examples of the plastic substrate include a polyester such as polyethylene terephthalate (PET), polyether sulfone (PES), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), polyetheretherketone (PEEK), polysulfone (PSF) (PEI), polyarylate (PAR), polybutylene terephthalate (PBT), polyimide, acrylonitrile butadiene styrene resin, polyvinyl chloride, polypropylene, polyvinyl acetate and acrylic resin have.
본 발명의 일 양태에 따른 반도체 장치는 표시장치, 노트북형 퍼스널 컴퓨터, 기록매체를 구비한 화상재생장치(대표적으로는 DVD: Digital Versatile Disc 등의 기록매체를 재생하고, 그 화상을 표시할 수 있는 디스플레이를 갖는 장치)에 이용할 수 있다. 그 외에, 본 발명의 일 양태에 따른 반도체 장치를 이용할 수 있는 전자기기로서, 휴대전화, 휴대형 게임기, 휴대 정보 단말, 전자서적, 비디오 카메라, 디지털 카메라, 고글형 디스플레이(헤드마운트 디스플레이), 내비게이션 시스템, 음향재생장치(카오디오, 디지털 오디오 플레이어 등), 복사기, 팩시밀리, 프린터, 프린터 복합기, 현금 자동입출금기(ATM), 자동 판매기 등을 들 수 있다. 이들 전자기기의 구체적인 예를 도 26에 나타낸다.A semiconductor device according to an aspect of the present invention includes a display device, a notebook type personal computer, and an image reproducing device provided with a recording medium (typically, a reproducing device for reproducing a recording medium such as a DVD: Digital Versatile Disc, Device having a display). In addition to the above, an electronic device capable of using the semiconductor device according to an embodiment of the present invention is a portable telephone, a portable game machine, a portable information terminal, an electronic book, a video camera, a digital camera, a goggle type display (head mount display) , A sound reproducing device (car audio, a digital audio player, etc.), a copying machine, a facsimile, a printer, a multifunctional printer, an automatic teller machine (ATM), and a vending machine. Specific examples of these electronic devices are shown in FIG.
도 26(A)는 전자서적이며, 하우징(7001), 표시부(7002) 등을 갖는다. 본 발명의 일 양태에 따른 반도체 표시장치는 표시부(7002)에 이용할 수 있다. 표시부(7002)에 본 발명의 일 양태에 따른 반도체 표시장치를 이용함으로써, 신뢰성이 높고, 콘트라스트 및 시인성이 높은 표시가 가능한 전자서적을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 양태에 따른 반도체 장치는 전자서적의 구동을 제어하기 위한 집적회로에 이용할 수 있다. 전자서적의 구동을 제어하기 위한 집적회로에 본 발명의 일 양태에 따른 반도체 장치를 이용함으로써, 신뢰성이 높고 고속 구동이 가능한 전자서적을 제공할 수 있다. 또한, 가요성을 갖는 기판을 이용함으로써, 반도체 장치, 반도체 표시장치에 가요성을 갖게 할 수 있으므로, 플렉시블하면서 가벼워 사용하기에 편리한 전자서적을 제공할 수 있다.26A is an electronic book, and has a
도 26(B)는 표시장치이며, 하우징(7011), 표시부(7012), 지지대(7013) 등을 갖는다. 본 발명의 일 양태에 따른 반도체 표시장치는 표시부(7012)에 이용할 수 있다. 표시부(7012)에 본 발명의 일 양태에 따른 반도체 표시장치를 이용함으로써, 신뢰성이 높고, 콘트라스트 및 시인성이 높은 표시가 가능한 표시장치를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 양태에 따른 반도체 장치는 표시장치의 구동을 제어하기 위한 집적회로에 이용할 수 있다. 표시장치의 구동을 제어하기 위한 집적회로에 본 발명의 일 양태에 따른 반도체 장치를 이용함으로써, 신뢰성이 높고 고속 구동이 가능한 표시장치를 제공할 수 있다. 또한 표시장치에는 퍼스널 컴퓨터용, TV 방송 수신용, 광고 표시용 등의 모든 정보 표시용 표시장치가 포함된다.26B shows a display device, which has a
도 26(C)는 표시장치이며, 하우징(7021), 표시부(7022) 등을 갖는다. 본 발명의 일 양태에 따른 반도체 표시장치는 표시부(7022)에 이용할 수 있다. 표시부(7022)에 본 발명의 일 양태에 따른 반도체 표시장치를 이용함으로써, 신뢰성이 높고, 콘트라스트 및 시인성이 높은 표시가 가능한 표시장치를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 양태에 따른 반도체 장치는 표시장치의 구동을 제어하기 위한 집적회로에 이용할 수 있다. 표시장치의 구동을 제어하기 위한 집적회로에 본 발명의 일 양태에 따른 반도체 장치를 이용함으로써, 신뢰성이 높고 고속 구동이 가능한 표시장치를 제공할 수 있다. 또한, 가요성을 갖는 기판을 이용함으로써, 반도체 장치, 반도체 표시장치에 가요성을 갖게 할 수 있으므로, 플렉시블하면서 가벼워 사용하기에 편리한 표시장치를 제공할 수 있다. 따라서, 도 26(C)에 나타낸 바와 같이, 직물 등에 고정시켜 표시장치를 사용할 수 있어 표시장치의 응용의 폭이 현격하게 넓어진다.26C shows a display device, which has a
도 26(D)는 휴대형 게임기이며, 하우징(7031), 하우징(7032), 표시부(7033), 표시부(7034), 마이크로폰(7035), 스피커(7036), 조작 키(7037), 스타일러스(7038) 등을 갖는다. 본 발명의 일 양태에 따른 반도체 표시장치는 표시부(7033), 표시부(7034)에 이용할 수 있다. 표시부(7033), 표시부(7034)에 본 발명의 일 양태에 따른 반도체 표시장치를 이용함으로써, 신뢰성이 높고, 콘트라스트 및 시인성이 높은 표시가 가능한 휴대형 게임기를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 양태에 따른 반도체 장치는 휴대형 게임기의 구동을 제어하기 위한 집적회로에 이용할 수 있다. 휴대형 게임기의 구동을 제어하기 위한 집적회로에 본 발명의 일 양태에 따른 반도체 장치를 이용함으로써, 신뢰성이 높고 고속 구동이 가능한 휴대형 게임기를 제공할 수 있다. 아울러, 도 26(D)에 나타낸 휴대형 게임기는 2개의 표시부(7033)와 표시부(7034)를 갖고 있지만, 휴대형 게임기가 갖는 표시부의 수는, 이에 한정되지 않는다.26D is a portable game machine and includes a
도 26(E)는 휴대전화이며, 하우징(7041), 표시부(7042), 음성 입력부(7043), 음성 출력부(7044), 조작 키(7045), 수광부(7046) 등을 갖는다. 수광부(7046)에서 수신한 광을 전기신호로 변환함으로써, 외부의 화상을 도입할 수 있다. 본 발명의 일 양태에 따른 반도체 표시장치는 표시부(7042)에 이용할 수 있다. 표시부(7042)에 본 발명의 일 양태에 따른 반도체 표시장치를 이용함으로써, 신뢰성이 높고, 콘트라스트 및 시인성이 높은 표시가 가능한 휴대전화를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 양태에 따른 반도체 장치는 휴대전화의 구동을 제어하기 위한 집적회로에 이용할 수 있다. 휴대전화의 구동을 제어하기 위한 집적회로에 본 발명의 일 양태에 따른 반도체 장치를 이용함으로써, 신뢰성이 높고 고속 구동이 가능한 휴대전화를 제공할 수 있다.Fig. 26E shows a cellular phone which has a
본 실시예는 상기 실시형태와 적절히 조합하여 실시하는 것이 가능하다.This example can be implemented in appropriate combination with the above embodiment.
10 : 펄스 출력 회로 11 : 배선
12 : 배선 13 : 배선
14 : 배선 15 : 배선
21 : 입력단자 22 : 입력단자
23 : 입력단자 24 : 입력단자
25 : 입력단자 26 : 출력단자
27 : 출력단자 31 : 트랜지스터
32 : 트랜지스터 33 : 트랜지스터
34 : 트랜지스터 35 : 트랜지스터
36 : 트랜지스터 37 : 트랜지스터
38 : 트랜지스터 39 : 트랜지스터
40 : 트랜지스터 41 : 트랜지스터
42 : 트랜지스터 43 : 트랜지스터
51 : 전원선 52 : 전원선
53 : 전원선 100 : 기판
101 : 게이트 전극 102 : 게이트 절연막
103 : 산화물 반도체막 104 : 산화물 반도체막
105a : 도전막 105b : 도전막
105c : 도전막 105d : 도전막
105e : 도전막 106 : 소스 전극
107 : 드레인 전극 108 : 산화물 반도체막
109 : 절연막 110 : 트랜지스터
111 : 백게이트 전극 112 : 절연막
120 : 박막 트랜지스터 126 : 소스 전극
127 : 드레인 전극 128 : 산화물 반도체막
129 : 절연막 130 : 박막 트랜지스터
136 : 소스 전극 137 : 드레인 전극
138 : 산화물 반도체막 139 : 절연막
140 : 박막 트랜지스터 146 : 소스 전극
147 : 드레인 전극 148 : 산화물 반도체막
149 : 절연막 300 : 기판
301 : 게이트 전극 302 : 게이트 절연막
303 : 산화물 반도체막 304 : 산화물 반도체막
305a : 도전막 305b : 도전막
306 : 소스 전극 307 : 드레인 전극
309 : 절연막 310 : 박막 트랜지스터
311 : 채널 보호막 312 : 백게이트 전극
313 : 절연막 400 : 기판
401 : 게이트 전극 402 : 게이트 절연막
403 : 산화물 반도체막 404 : 산화물 반도체막
405a : 도전막 405b : 도전막
406 : 소스 전극 407 : 드레인 전극
409 : 절연막 410 : 박막 트랜지스터
700 : 화소부 701 : 신호선 구동회로
702 : 주사선 구동회로 703 : 화소
704 : 트랜지스터 705 : 표시소자
706 : 유지용량 707 : 신호선
708 : 주사선 710 : 화소 전극
711 : 대향 전극 712 : 마이크로 캡슐
713 : 드레인 전극 714 : 수지
800 : 기판 801 : 게이트 전극
802 : 게이트 절연막 803 : 산화물 반도체막
804 : 산화물 반도체막 805 : 산화물 반도체막
806 : 도전막 806a : 도전막
806b : 도전막 807 : 소스 전극
808 : 드레인 전극 809 : 절연막
813 : 박막 트랜지스터 814 : 화소 전극
815 : 투명 도전막 816 : 투명 도전막
819 : 유지용량 820 : 단자
821 : 단자 822 : 용량 배선
1401 : 박막 트랜지스터 1402 : 게이트 전극
1403 : 게이트 절연막 1404 : 산화물 반도체막
1406a : 도전막 1406b : 도전막
1407 : 절연막 1408 : 절연막
1410 : 화소 전극 1411 : 배향막
1413 : 대향 전극 1414 : 배향막
1415 : 액정 1416 : 시일재
1417 : 스페이서 1420 : 기판
1601 : 액정패널 1602 : 확산판
1603 : 프리즘 시트 1604 : 확산판
1605 : 도광판 1606 : 반사판
1607 : 광원 1608 : 회로기판
1609 : FPC 1610 : FPC
5300 : 기판 5301 : 화소부
5302 : 주사선 구동회로 5303 : 주사선 구동회로
5304 : 신호선 구동회로 5305 : 타이밍 제어 회로
5601 : 시프트 레지스터 5602 : 샘플링 회로
5603 : 트랜지스터 5604 : 배선
5605 : 배선 6031 : 트랜지스터
6033 : 발광소자 6034 : 전극
6035 : 전계 발광층 6036 : 전극
6037 : 절연막 6038 : 격벽
6041 : 트랜지스터 6043 : 발광소자
6044 : 전극 6045 : 전계 발광층
6046 : 전극 6047 : 절연막
6048 : 격벽 6051 : 트랜지스터
6053 : 발광소자 6054 : 전극
6055 : 전계 발광층 6056 : 전극
6057 : 절연막 6058 : 격벽
7001 : 하우징 7002 : 표시부
7011 : 하우징 7012 : 표시부
7013 : 지지대 7021 : 하우징
7022 : 표시부 7031 : 하우징
7032 : 하우징 7033 : 표시부
7034 : 표시부 7035 : 마이크로폰
7036 : 스피커 7037 : 조작 키
7038 : 스타일러스 7041 : 하우징
7042 : 표시부 7043 : 음성 입력부
7044 : 음성 출력부 7045 : 조작 키
7046 : 수광부10: Pulse output circuit 11: Wiring
12: wiring 13: wiring
14: wiring 15: wiring
21: input terminal 22: input terminal
23: input terminal 24: input terminal
25: input terminal 26: output terminal
27: output terminal 31: transistor
32: transistor 33: transistor
34: transistor 35: transistor
36: transistor 37: transistor
38: transistor 39: transistor
40: transistor 41: transistor
42: transistor 43: transistor
51: power line 52: power line
53: power line 100: substrate
101: gate electrode 102: gate insulating film
103: oxide semiconductor film 104: oxide semiconductor film
105a:
105c:
105e: conductive film 106: source electrode
107: drain electrode 108: oxide semiconductor film
109: insulating film 110: transistor
111: back gate electrode 112: insulating film
120: thin film transistor 126: source electrode
127: drain electrode 128: oxide semiconductor film
129: insulating film 130: thin film transistor
136: source electrode 137: drain electrode
138: oxide semiconductor film 139: insulating film
140: thin film transistor 146: source electrode
147: drain electrode 148: oxide semiconductor film
149: Insulating film 300:
301: gate electrode 302: gate insulating film
303: oxide semiconductor film 304: oxide semiconductor film
305a:
306: source electrode 307: drain electrode
309: Insulating film 310: Thin film transistor
311: channel protection layer 312: back gate electrode
313: Insulating film 400:
401: gate electrode 402: gate insulating film
403: oxide semiconductor film 404: oxide semiconductor film
405a:
406: source electrode 407: drain electrode
409: Insulating film 410: Thin film transistor
700: pixel portion 701: signal line driver circuit
702: scanning line driving circuit 703: pixel
704: transistor 705: display element
706: Holding capacity 707: Signal line
708: scanning line 710: pixel electrode
711: counter electrode 712: microcapsule
713: drain electrode 714: resin
800: substrate 801: gate electrode
802: gate insulating film 803: oxide semiconductor film
804: an oxide semiconductor film 805: an oxide semiconductor film
806:
806b: conductive film 807: source electrode
808: drain electrode 809: insulating film
813: Thin film transistor 814: Pixel electrode
815: transparent conductive film 816: transparent conductive film
819: Holding capacity 820: Terminal
821: Terminal 822: Capacitive wiring
1401: Thin film transistor 1402: Gate electrode
1403: gate insulating film 1404: oxide semiconductor film
1406a:
1407: insulating film 1408: insulating film
1410: pixel electrode 1411: alignment film
1413: counter electrode 1414: alignment film
1415: liquid crystal 1416: sealing material
1417: spacer 1420: substrate
1601: liquid crystal panel 1602: diffusion plate
1603: prism sheet 1604: diffusion plate
1605: light guide plate 1606: reflector
1607: light source 1608: circuit board
1609: FPC 1610: FPC
5300: Substrate 5301:
5302: scanning line driving circuit 5303: scanning line driving circuit
5304: Signal line driver circuit 5305: Timing control circuit
5601: Shift register 5602: Sampling circuit
5603: Transistor 5604: Wiring
5605: Wiring 6031: Transistor
6033: light emitting element 6034: electrode
6035: electroluminescent layer 6036: electrode
6037: insulating film 6038: barrier rib
6041: transistor 6043: light emitting element
6044: Electrode 6045: Electroluminescent layer
6046: electrode 6047: insulating film
6048: barrier 6051: transistor
6053: light emitting element 6054: electrode
6055: electroluminescent layer 6056: electrode
6057: Insulating film 6058:
7001: Housing 7002: Display
7011: Housing 7012: Display
7013: support 7021: housing
7022: Display portion 7031: Housing
7032: Housing 7033: Display
7034: Display portion 7035: Microphone
7036: Speaker 7037: Operation Key
7038: Stylus 7041: Housing
7042: display unit 7043: voice input unit
7044: voice output unit 7045: operation keys
7046:
Claims (14)
기판 위에 있고, 구리를 포함하는 게이트 전극;
상기 게이트 전극 위에 있고, 질화 실리콘을 포함하는 제 1 절연막;
상기 제 1 절연막 위에 있고, 산화 실리콘을 포함하는 제 2 절연막;
상기 제 2 절연막 위에 있고, 인듐과 산소를 포함하는 산화물 반도체막;
상기 산화물 반도체막과 전기적으로 접속된 소스 전극;
상기 산화물 반도체막과 전기적으로 접속된 드레인 전극;
상기 산화물 반도체막, 상기 소스 전극, 및 상기 드레인 전극 위에 있고, 산화 실리콘을 포함하는 제 3 절연막;
상기 제 3 절연막 위에 있고, 질화 실리콘을 포함하는 제 4 절연막; 및
상기 제 4 절연막 위에 있고, 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 중 하나에 전기적으로 접속된 화소 전극을 포함하고,
상기 제 3 절연막은 상기 산화물 반도체막의 상부 표면과 접촉하고,
산화 실리콘을 포함하는 상기 제 2 절연막은 산화 실리콘을 포함하는 상기 제 3 절연막과 접촉하는, 반도체 장치.In the semiconductor device,
A gate electrode over the substrate, the gate electrode comprising copper;
A first insulating film on the gate electrode and comprising silicon nitride;
A second insulating film on the first insulating film and including silicon oxide;
An oxide semiconductor film on the second insulating film and containing indium and oxygen;
A source electrode electrically connected to the oxide semiconductor film;
A drain electrode electrically connected to the oxide semiconductor film;
A third insulating film on the oxide semiconductor film, the source electrode, and the drain electrode, the third insulating film including silicon oxide;
A fourth insulating film on the third insulating film and including silicon nitride; And
And a pixel electrode on the fourth insulating film and electrically connected to one of the source electrode and the drain electrode,
The third insulating film is in contact with the upper surface of the oxide semiconductor film,
And the second insulating film containing silicon oxide is in contact with the third insulating film containing silicon oxide.
기판 위에 있고, 구리를 포함하는 게이트 전극;
상기 게이트 전극 위에 있고, 질화 실리콘을 포함하는 제 1 절연막;
상기 제 1 절연막 위에 있고, 산질화 실리콘을 포함하는 제 2 절연막;
상기 제 2 절연막 위에 있고, 인듐과 산소를 포함하는 산화물 반도체막;
상기 산화물 반도체막과 전기적으로 접속된 소스 전극;
상기 산화물 반도체막과 전기적으로 접속된 드레인 전극;
상기 산화물 반도체막, 상기 소스 전극, 및 상기 드레인 전극 위에 있고, 산질화 실리콘을 포함하는 제 3 절연막;
상기 제 3 절연막 위에 있고, 질화 실리콘을 포함하는 제 4 절연막; 및
상기 제 4 절연막 위에 있고, 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 중 하나에 전기적으로 접속된 화소 전극을 포함하고,
상기 제 3 절연막은 상기 산화물 반도체막의 상부 표면과 접촉하는, 반도체 장치.In the semiconductor device,
A gate electrode over the substrate, the gate electrode comprising copper;
A first insulating film on the gate electrode and comprising silicon nitride;
A second insulating film on the first insulating film and including silicon oxynitride;
An oxide semiconductor film on the second insulating film and containing indium and oxygen;
A source electrode electrically connected to the oxide semiconductor film;
A drain electrode electrically connected to the oxide semiconductor film;
A third insulating film on the oxide semiconductor film, the source electrode, and the drain electrode, the third insulating film including silicon oxynitride;
A fourth insulating film on the third insulating film and including silicon nitride; And
And a pixel electrode on the fourth insulating film and electrically connected to one of the source electrode and the drain electrode,
And the third insulating film is in contact with the upper surface of the oxide semiconductor film.
상기 산화물 반도체막은 In-Ga-Zn-O계 산화물 반도체를 포함하는, 반도체 장치.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the oxide semiconductor film comprises an In-Ga-Zn-O-based oxide semiconductor.
상기 산화물 반도체막은 In-Sn-Ga-Zn-O계 산화물 반도체, In-Sn-Zn-O계 산화물 반도체, In-Al-Zn-O계 산화물 반도체, In-Zn-O계 산화물 반도체, In-Mg-O계 산화물 반도체, In-Ga-O계 산화물 반도체, 및 In-O계 산화물 반도체로 이루어지는 그룹에서 선택된 하나를 포함하는, 반도체 장치.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the oxide semiconductor film is formed of an In-Sn-Zn-O-based oxide semiconductor, an In-Sn-Zn-O-based oxide semiconductor, Mg-O-based oxide semiconductors, In-Ga-O-based oxide semiconductors, and In-O-based oxide semiconductors.
산질화 실리콘을 포함하는 상기 제 2 절연막은 산질화 실리콘을 포함하는 상기 제 3 절연막과 접촉하는, 반도체 장치.3. The method of claim 2,
And the second insulating film containing silicon oxynitride is in contact with the third insulating film containing silicon oxynitride.
상기 제 3 절연막은 상기 산화물 반도체막의 채널 길이 방향으로 제 2 위치를 경유하여 제 1 위치로부터 제 3 위치로 연장하여, 상기 제 3 절연막과 상기 제 2 절연막 사이에 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극을 개재하고,
상기 제 3 절연막은 상기 제 1 위치와 상기 제 3 위치에서 상기 제 2 절연막과 접촉하고, 상기 제 3 절연막은 상기 제 2 위치에서 상기 산화물 반도체막과 접촉하는, 반도체 장치.3. The method according to claim 1 or 2,
The third insulating film extends from the first position to the third position via the second position in the channel length direction of the oxide semiconductor film, with the source electrode and the drain electrode interposed between the third insulating film and the second insulating film. and,
The third insulating film contacts the second insulating film at the first position and the third position, and the third insulating film contacts the oxide semiconductor film at the second position.
상기 제 2 절연막에 포함된 질소의 비율은 상기 제 1 절연막에 포함된 질소의 비율보다 낮은, 반도체 장치.3. The method according to claim 1 or 2,
The ratio of nitrogen contained in the second insulating film is lower than the ratio of nitrogen contained in the first insulating film.
상기 산화물 반도체막은 비-단결정(non-single crystal) 산화물 반도체막인, 반도체 장치.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the oxide semiconductor film is a non-single crystal oxide semiconductor film.
상기 산화물 반도체막의 캐리어 농도는 1×1018/㎤ 미만인, 반도체 장치.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the oxide semiconductor film has a carrier concentration of less than 1 x 10 18 / cm 3.
상기 화소 전극 위의 액정층;
상기 액정층 위의 제 2 기판; 및
상기 기판과 상기 제 2 기판 사이에 있고, 상기 게이트 전극과 중첩되는 스페이서(spacer)를 더 포함하는, 반도체 장치.3. The method according to claim 1 or 2,
A liquid crystal layer on the pixel electrode;
A second substrate on the liquid crystal layer; And
Further comprising a spacer between said substrate and said second substrate and overlapping said gate electrode.
상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 각각은 제 1 도전막과, 상기 제 1 도전막 위에 있는 제 2 도전막을 포함하고,
상기 제 1 도전막은 티타늄, 몰리브덴, 및 텅스텐으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 하나를 포함하며,
상기 제 2 도전막은 수소보다 낮은 전기음성도를 가지는 금속을 포함하는, 반도체 장치.3. The method according to claim 1 or 2,
Each of the source electrode and the drain electrode includes a first conductive film and a second conductive film over the first conductive film,
Wherein the first conductive film comprises one selected from the group consisting of titanium, molybdenum, and tungsten,
Wherein the second conductive film comprises a metal having a lower electronegativity than hydrogen.
상기 기판에 접속된 FPC를 더 포함하는, 반도체 장치.3. The method according to claim 1 or 2,
And an FPC connected to the substrate.
상기 산화물 반도체막은 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 사이에, 오목부를 포함하고, 상기 오목부는 상기 게이트 전극과 중첩되는, 반도체 장치.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the oxide semiconductor film includes a concave portion between the source electrode and the drain electrode, and the concave portion overlaps with the gate electrode.
상기 소스 전극은 상기 산화물 반도체막 위에 제공되고,
상기 드레인 전극은 상기 산화물 반도체막 위에 제공되는, 반도체 장치.3. The method according to claim 1 or 2,
The source electrode is provided on the oxide semiconductor film,
And the drain electrode is provided on the oxide semiconductor film.
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